Глава V

1. ШТАМПУЕМЫЕ ИЗ ЛИСТА ДЕТАЛИ

Листовой штамповкой изготовляют самые разнообразные плоские и простран­ственные детали массой от долей грамма и размерами, исчисляемыми долями милли­метра (например, секундная стрелка руч­ных часов), и детали массой в десятки ки­лограммов и размерами, составляющими несколько метров (облицовка автомобиля, самолета, ракеты).

Для деталей, получаемых листовой штамповкой, характерно то, что толщина их стенок незначительно отличается от толщины исходной заготовки. При изго­товлении листовой штамповкой простран­ственных деталей заготовка обычно испы­тывает значительные пластические де­формации. Это обстоятельство вынуждает предъявлять к материалу заготовки доста­точно высокие требования по пластичности.

В качестве заготовки при листовой штамповке используют полученные про­каткой лист, полосу или ленту, свернутую в рулон. Толщина заготовки при листовой штамповке обычно не более 10 мм и лишь в сравнительно редких случаях - более 20 мм. Детали из заготовок толщиной бо­лее 20 мм штампуют с нагревом до ковоч­ных температур (горячая листовая штам­повка), что позволяет значительно умень­шить силу деформирования по сравнению с холодной штамповкой. Холодная листо-

17. Почему поворот пуансона в приведенной (рис. 3.61) конструкции штампа замедляется по мере уплотнения заготовки?

18. Возможно ли в приведенной конструк­ции штампа для формования поворачиваю­щимся пуансоном (рис. 3.61) осуществлять только осевое перемещение пуансона? Что для этого надо сделать?

вая штамповка получила значительно бо­лее широкое применение, чем горячая.

При листовой штамповке чаще всего используют низкоуглеродистую сталь, пластичные легированные стали, медь, латунь, содержащую более 60 % Си, алю­миний и его сплавы, магниевые сплавы, титан и др. Листовой штамповкой полу­чают плоские и пространственные детали из листовых неметаллических материалов -таких, как кожа, целлулоид, органическое стекло, фетр, текстолит, гетинакс и др.

Листовую штамповку широко применя­ют в различных отраслях промышленности, особенно в таких, как авто-, тракторо-, са­молето-, ракето- и приборостроение, элек­тротехническая промышленность и др.

К преимуществам листовой штамповки относятся возможность получения деталей минимальной массы при заданных их прочности и жесткости; достаточно высо­кие точность размеров и качество поверх­ности, позволяющие до минимума сокра­тить отделочные операции обработки ре­занием; сравнительная простота механи­зации и автоматизации процессов штам­повки, обеспечивающая высокую произ­водительность (30 ... 40 тыс. деталей в смену с одной машины); хорошая приспо­собляемость к масштабам производства, при которой листовая штамповка может быть экономически целесообразной и в массовом, и в мелкосерийном производстве.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЛИСТА

129

Как правило, при листовой штамповке пластические деформации получает лишь часть заготовки. Операцией листовой штамповки называется процесс пластиче­ской деформации, обеспечивающий ха­рактерное изменение формы определенно­го участка заготовки. Различают формо­изменяющие операции, в которых заго­товка не должна разрушаться в процессе деформирования, и разделительные опе­рации, в которых этап пластического де­формирования обязательно завершается разрушением.

При проектировании технологического процесса изготовления деталей листовой штамповкой основной задачей является выбор наиболее рациональных операций и последовательности их применения, по­зволяющих получить детали с заданными эксплуатационными свойствами при ми­нимальной себестоимости и хороших ус­ловиях труда.

2. ОПЕРАЦИИ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ

Рассмотрим основные разделительные и формоизменяющие операции листовой штамповки.

Отрезка - отделение части заготовки по незамкнутому контуру на специальных машинах - ножницах и в штампах. Отрез­ку чаще применяют как заготовительную операцию для разделения листа на полосы заданной ширины. Основные типы нож-

ниц - ножницы с поступательным движе­нием режущих кромок ножа (рис. 3.71, а) и вращательным движением режущих кромок - дисковые ножницы (рис. 3.71, б). Для уменьшения силы резания режущие кромки в ножницах с поступательным движением ножа наклонены друг к другу под углом 1 ... 5° (гильотинные ножни­цы). Лист подают до упора, определяюще­го ширину отрезаемой полосы В. Длина отрезаемой полосы L не должна превы­шать длины ножей.

При отрезке на дисковых ножницах длина отрезаемой полосы не ограничива­ется инструментом, вращение дисковых ножей обеспечивает не только разделение, но и подачу заготовки действием сил тре­ния. Прямолинейность линии отрезки на дисковых ножницах обеспечивается со­прикосновением разделяемых частей заго­товки с плоскими поверхностями ножа и тем, что режущие кромки ножей заходят одна за другую. Для обеспечения захвата и подачи заготовки диаметр ножей должен быть больше толщины заготовки в 30 ... 70 раз (увеличиваясь с уменьшением ко­эффициента трения).

Качество поверхности среза зависит от зазора z между режущими кромками [z = (0,03 ... 0,05) S, где S - толщина лис­та] и отсутствии притупления режущих кромок. Сила отрезки пропорциональна срезаемой в данный момент площади за­готовки.

Рис. 3.71. Схемы действия ножниц: а - гильотинных; б - дисковых

5 - 9503

130

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

а) в)

Рис. 3.72. Последовательность деформирова­ния при вырубке (а) и характер среза при нор­мальном (б) и при малом (в) зазорах: / - матрица; 2 - пуансон

При вырубке и пробивке характер деформирования заготовки одинаков. Эти операции отличаются только назначением. Вырубкой оформляют наружный контур детали (или заготовки для последующего деформирования), а пробивкой - внутрен­ний контур (изготовление отверстий).

Вырубку и пробивку обычно осущест­вляют металлическими пуансоном и мат­рицей. Пуансон вдавливает часть заготов­ки в отверстие матрицы. В начальной ста­дии деформирования происходят врезание режущих кромок в заготовку и смещение одной части заготовки относительно дру­гой без видимого разрушения (рис. 3.72, а).

При определенной глубине внедрения режущих кромок в заготовку (возрастаю­щей с увеличением пластичности металла) у режущих кромок зарождаются трещины, быстро проникающие в толщу заготовки. Эти трещины наклонены к оси инструмен­та под углом 4 ... 6°; если эти трещины встречаются, то поверхность среза полу­чается сравнительно ровной (рис. 3.72, б), состоящей из блестящего пояска, обра­зующегося от внедрения режущих кромок до появления трещин, и наклонной шеро­ховатой поверхности разрушения в зоне прохождения трещин.

Возможность совпадения трещин, иду­щих от режущих кромок пуансона и мат­рицы, зависит от правильного выбора за-

зора между пуансоном и матрицей. Зазор z назначают в зависимости от толщины и механических свойств заготовки, он при­ближенно составляет (0,05 ... 0,1)5. При малом зазоре трещины не встречаются, и на поверхности среза появляются пояски вторичного среза (рис. 3.72, в), ухудшаю­щие ее качество и способствующие раз­рушению заготовки при последующем деформировании и работе детали.

При вырубке размеры отверстия мат­рицы равны размерам изделия, а размеры пуансона на 2z меньше их. При пробивке размеры пуансона равны размерам отвер­стия, а размеры матрицы на 2z больше их.

В отдельных случаях желательно по­лучить гладкую поверхность среза, пер­пендикулярную к плоскости заготовки; для этого необходимо увеличить высоту блестящего пояска. Частично этого можно достичь, притупляя одну из режущих кро­мок (матрицы при вырубке и пуансона -при пробивке). В этом случае развивается одна трещина от острой кромки, а инст­румент с притуплённой кромкой сглажи­вает поверхность среза, уменьшая высоту шероховатого пояска. При этом, однако, увеличиваются контактные напряжения, действующие на боковые поверхности инструмента, что повышает его износ.

Более качественную поверхность сре­за, гладкую и перпендикулярную плоско­сти заготовки, получают вырубкой со сжа­тием (рис. 3.73), когда заготовка со значи­тельной силой прижимается к торцу пуан­сона и рабочей плоскости матрицы. Уве­личение сжимающих напряжений в зоне резания повышает пластичность и умень­шает возможность образования трещин у режущих кромок, дающих шероховатую поверхность среза.

Зазор между пуансоном и матрицей берут существенно меньшим, чем при обычной вырубке - 0,005 ... 0,01 мм, по­этому вырубку со сжатием выполняют на специализированных прессах и штампах.

Качество поверхности среза улучшают также зачисткой, которая заключается в

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЛИСТА

131

Рис. 3.73. Схема вырубки со сжатием:

/ - пуансон; 2 - контр-пуансон; 3 - матрица;

4 - заготовка; 5 - прижим

срезании стружки небольшой толщины (0,1 ... 0,3 мм) по контуру детали или от­верстия (матрицей или пуансоном).

Кроме рассмотренных разделительных операций в технологии листовой штам­повки применяют и другие, такие, как надрезка (частичное отделение части заго­товки по незамкнутому контуру, причем разделяемые части не теряют связи между собой) и обрезка (отделение краевой части полого изделия для обеспечения заданной постоянной по периметру высоты детали или отделение краевой части плоского фланца для получения заданных формы и размеров).

Характер деформирования заготовки для этих операций аналогичен рассмот­ренному.

Гибка - операция, изменяющая кри­визну заготовки практически без измене­ния ее линейных размеров (рис. 3.74, а). В процессе гибки пластическая деформа­ция сосредоточивается на узком участке, контактирующем с пуансоном, в то время как участки, образующие полки детали, деформируются упруго. В зоне пластиче­ских деформаций наружные слои растяги­ваются, а внутренние (обращенные к пу­ансону) сжимаются. У середины заготовки (по толщине) находятся слои, деформация которых равна нулю. Из сказанного сле­дует, что с достаточной степенью точно­сти размеры заготовки для детали, полу­чаемой гибкой, можно определять по ус­ловию равенства длин заготовки и детали по средней линии. Деформация растяже­ния наружного слоя и сжатия внутреннего увеличивается с уменьшением радиуса скругления рабочего торца пуансона. Де­формация растяжения наружного слоя не беспредельна, и при определенной ее величине может начаться разрушение заготовки с образованием трещин, иду­щих от наружной поверхности в толщу заготовки. Это обстоятельство ограничи­вает минимальные радиусы r_mm, исклю­чающие разрушение заготовки. В зави­симости от пластичности материала за­готовки r_min = (0,1 ... 2) 5.

/P-r+i"

а)

6)

Рис. 3.74. Схема гибки (а) и изделия, получаемые с ее использованием (б): 1 - нейтральный слой, 2 - пуансон, 3 - матрица

5«

132

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

На минимальный радиус r_min оказыва­ют влияние расположение линий изгиба относительно направления прокатки (во­локон макроструктуры), наличие и вели­чина заусенцев. Линию изгиба желательно располагать так, чтобы растяжение при гибке происходило в направлении волокон макроструктуры и чтобы заусенцы, обра­зующиеся при вырубке, были минималь­ными и по возможности располагались в зоне сжатия, а не в зоне растяжения.

При снятии внешних сил, вызывающих изгиб заготовки, растянутые слои стре­мятся сжаться, а сжатые слои - удлинить­ся. Благодаря этому при разгрузке изме­няются углы между полками (пружинение при гибке). Угол между полками при раз­грузке изменяется в зависимости от меха­нических свойств (отношения предела текучести к модулю упругости), от rIS и угла а и увеличивается с увеличением этих параметров.

Углы пружинения уменьшаются при гибке с подчеканкой (когда полки заго­товки с определенной силой сжимаются между соответствующими плоскостями пуансона и матрицы), а также при прило­жении сжимающих или растягивающих сил, действующих вдоль оси заготовки. В последнем случае можно устранить зону растяжения или сжатия в очаге пластиче­ских деформаций. При разгрузке все слои заготовки будут или растягиваться, или сжиматься, что и уменьшит угловые де­формации.

При гибке в штампах можно одновре­менно изменять кривизну на нескольких участках по длине заготовки, оставляя другие участки прямолинейными, в неко­торых случаях (получение втулок) пласти­ческие деформации при гибке могут охва­тывать всю заготовку.

На рис. 3.74, б показаны примеры де­талей, полученных гибкой. Детали, изо­гнутые в нескольких плоскостях, обычно изготовляют последовательным деформи­рованием заготовки в нескольких штам­пах. В этих случаях гибке может подвер­гаться пространственная заготовка, полу­ченная на предыдущих переходах.

При гибке пространственных (непло­ских, профильных) заготовок минималь­ный радиус изгиба определяется не только возможностью разрушения заготовок, но и образованием складок в отдельных участ­ках изгибаемой заготовки (потеря устой­чивости).

Вытяжка без утонения стенки превращает плоскую заготовку в полое пространственное изделие при уменьше­нии периметра вытягиваемой заготовки.

Схема первого перехода вытяжки при­ведена на рис. 3.75, а. Исходную выруб­ленную заготовку укладывают на плос­кость матрицы. Пуансон надавливает на центральную часть заготовки и смещает ее в отверстие матрицы. Центральная часть заготовки тянет за собой периферийную часть (фланец) заготовки, и последняя, смещаясь в матрицу, образует стенки вы­тянутого изделия.

Во фланце в радиальном направлении действуют растягивающие напряжения о_р, втягивающие фланец в отверстие матри­цы, и сжимающие напряжения ое, дейст­вующие в тангенциальном направлении и уменьшающие диаметральные размеры заготовки. При определенных размерах фланец заготовки может потерять устой­чивость под действием сжимающих на­пряжений ст_е, что приведет к образованию складок (рис. 3.75, а). Складки могут поя­виться, если (D - d) > (18 ... 20) S.

Для предотвращения появления скла­док применяют прижим 3, с определенной силой прижимающий фланец заготовки к плоскости матрицы.

Растягивающие напряжения на наруж­ной кромке заготовки равны нулю (ст_р = 0) и возрастают до максимального значения на входе в матрицу. С увеличением шири­ны фланца растягивающие напряжения, действующие на входе в матрицу, увели­чиваются. Если растягивающие напряже­ния Ор достигнут временного сопротивле­ния материала заготовки, то заготовка у донышка разрушится и вытяжка окажется невозможной.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЛИСТА

133

6) «)

Рис. 3.75. Схемы первого перехода вытяжки (а), последующей вытяжки (б), вытяжки с утонением

стенки (в):

5 - матрица; 6 - изделие со складками, образующимися

1 - заготовка; 2 - изделие; 3 - прижим; 4 - пуансон;

при вытяжке без прижима

К/лах

Отсюда следует, что без разрушения можно вытягивать заготовки с определен­ной, ограниченной шириной фланца. Фор­моизменение при вытяжке оценивают ко­эффициентом вытяжки к = Did. В зависи­мости от механических свойств металла и условий вытяжки максимально допустимые значения коэффициента вытяжки изменя­ются в пределах 1,6 ... 2,1 (рис. 3.76).

О О/* 0,8 1,2 S

— 100 D Рис. 3.76. Максимальный коэффициент вытяж­ки Али* в зависимости от относительной тол-

щины заготовки — 100 для стали 08 при раз-

D личных значениях относительных радиусов скругления кромки матрицы rJS

Кроме ширины фланца на растяги­вающее напряжение а_р, действующее в опасном сечении заготовки, влияют ра­диусы скругления кромок матрицы г_и и пуансона г_п, а также силы трения, возни­кающие при перемещении заготовки отно­сительно матрицы и прижима.

Для уменьшения концентрации напря­жений и, соответственно, опасности разру-

134

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

шения заготовки кромки пуансона и мат­рицы скругляют по радиусу, равному 5 ... 10 толщинам заготовки. С увеличением относительного радиуса кромки матрицы rJS уменьшаются напряжения ст_р и увели­чивается величина коэффициента вытяжки Ащах (рис. 3.77). Однако при излишне большом г_ы значительная часть фланца оказывается не под прижимом, что может привести к образованию складок. Для уменьшения силы трения вытяжку обычно ведут, смазывая заготовку, причем состав смазочного материала подбирают с учетом характеристик материала заготовки, ко­эффициента вытяжки и формы вытягивае­мых деталей.

Толщина фланцевой части заготовки при вытяжке изменяется: краевая часть (где сжимающие напряжения |ст_е| > |ст_р|) утолщается, а участки вблизи донышка утоняются. Это обстоятельство приводит к тому, что поверхность заготовки при вы­тяжке изменяется незначительно, и разме­ры заготовки можно определять из усло­вия равенства поверхности детали (по средней линии) и площади плоской заго­товки. Для осесимметричных деталей за­готовка имеет обычно форму круга.

При вытяжке без утонения стенки за­зор z = (1,1 ... 1,3) S выбирают из условия, при котором утолщенный край заготовки не должен утоняться сжатием между по­верхностями пуансона и матрицы (это способствует повышению стойкости инст­румента).

Если при допустимом для первого пе­рехода коэффициенте вытяжки невозмож­но получить деталь с заданным отношени­ем высоты к диаметру, ее вытягивают за несколько переходов. В последующих переходах заготовкой служит полый по­луфабрикат, полученный на предыдущем переходе вытяжки. Схема вытяжки на по­следующем переходе показана на рис. 3.75, б. На последующем переходе уменьшается диаметр полой заготовки и (по условию равенства поверхностей) уве­личивается ее высота.

Опасное сечение, как и прежде, нахо­дится у донышка, и напряжение ст_р не должно превышать временного сопротив­ления в этом месте заготовки. При холод­ной деформации металл упрочняется и, следовательно, предел текучести металла стенок заготовки становится больше, чем у донышка (наиболее упрочнена краевая часть полой заготовки, у которой в наи­большей степени уменьшился диаметр на первом переходе вытяжки). Это обстоя­тельство приводит к тому, что допусти­мый коэффициент вытяжки на последую­щих переходах значительно меньше до­пустимого коэффициента вытяжки на пер­вом переходе (к_ъ = 1,2 ... 1,4). Некоторое увеличение допустимого коэффициента вытяжки (к_в = 1,4 ... 1,6) можно получить, если заготовку перед последующим пере­ходом вытяжки подвергнуть рекристалли-зационному отжигу, устраняющему изме­нение свойств, вызванное упрочнением.

Вытяжка с утонением стенки уве­личивает длину полой заготовки в основ­ном за счет уменьшения толщины стенок исходной заготовки (рис. 3.75, в). При вы­тяжке с утонением стенки зазор между пуансоном и матрицей должен быть меньше толщины стенки, которая, сжима­ясь между поверхностями пуансона и мат­рицы, утоняется и одновременно удлиня­ется. Вытяжку с утонением стенки приме­няют для получения деталей с толщиной донышка, большей толщины стенок; дета­лей со стенкой, толщина которой умень­шается к краю (в этом случае пуансон вы­полняют коническим); тонкостенных де­талей, получение которых вытяжкой без утонения стенки затруднительно в связи с опасностью складкообразования.

Удельные силы на контактных поверх­ностях при вытяжке с утонением стенки значительно больше, чем при вытяжке без утонения стенки. Так как при вытяжке с утонением стенки заготовка скользит по матрице в направлении движения пуансо­на и по пуансону в обратном направлении (от торца пуансона), то и силы трения на

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЛИСТА

135

наружной и внутренней поверхностях за­готовки направлены в противоположные стороны. Это обстоятельство увеличивает допустимую степень деформации (силы трения по матрице увеличивают растяги­вающие напряжения в стенках протянутой части заготовки, а по пуансону уменьшают).

При вытяжке с утонением стенки ее толщина за один переход может быть уменьшена в 1,5 ... 2 раза.

Размеры заготовки для получения де­талей вытяжкой с утонением стенки опре­деляют из условия равенства объемов за­готовки и детали, принимая при этом, что толщина донышка не изменяется.

Отбортовка - получение бортов (горловин) путем вдавливания централь­ной части заготовки с предваритель­но пробитым отверстием в матрицу (рис. 3.77, а). При отбортовке кольцевые элементы в очаге деформации растягива­ются, причем больше всего увеличивается диаметр кольцевого элемента, граничаще­го с отверстием. Допустимое без разруше­ния (без образования продольных трещин) увеличение диаметра отверстия при от­бортовке составляет d^/do = 1,2 ... 1,8 в зависимости от механических свойств ма­териала заготовки, а также от ее относи­тельной толщины Sldo. Разрушению заго­товки способствует наклепанный слой у кромки отверстия, образующийся при

пробивке. Большее увеличение диаметра можно получить, если заготовку отжечь перед отбортовкой или изготовить отвер­стие обработкой резанием (сверление с развертыванием), создающим меньшее упрочнение у края отверстия.

Обжим - операция, при которой уменьшается диаметр краевой части полой заготовки в результате заталкивания ее в сужающуюся полость матрицы (рис. 3.77, 6). Обжимаемая заготовка получает форму рабочей полости матрицы.

Допустимое уменьшение диаметра при обжиме ограничивается появлением про­дольных складок в обжимаемой части заготовки или поперечных кольцевых складок в ее недеформируемой части. Обычно за один переход можно получить ^шд ⁼ (0,7 ... 0,8) Д_аг. Если диаметр крае­вой части необходимо уменьшить на большую величину, заготовку обжимают за несколько переходов. Толщина заготов­ки в очаге пластических деформаций уве­личивается, причем больше утолщается краевая часть заготовки.

Формовка - операция, при которой изменяется форма заготовки в результате растяжения отдельных ее участков. Тол­щина заготовки в этих участках уменьша­ется. Формовкой получают местные вы­ступы на заготовке, ребра жесткости и т.п. Часто вместо металлического пуансона или матрицы применяют резиновую

а)

6)

в)

г)

Рис. 3.77. Схемы формоизменяющих операций:

а - отбортовка; б- обжим; в - формовка ребер жесткости; г - формовка с раздачей; / - изделие; 2 - заготовка;

3 - пуансон; 4 - матрица; 5 - резиновый пуансон

136

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

подушку (рис. 3.77, в). С помощью рези­нового вкладыша (или жидкости) можно увеличить размеры средней части полой заготовки (рис. 3.77, г). При этом резина или жидкость легко удаляются из штам­пованной детали, а матрица должна быть разъемной.

Операции листовой штамповки ис­пользуют не только для придания заготов­ке определенной формы, но и для соеди­нения отдельных отштампованных дета­лей между собой. Штампосборочные опе­рации могут служить для получения разъ­емных и прочных неразъемных соедине­ний. Например, часто встречающаяся сбор­ка, с помощью гибки предварительно полу­ченного надрезкой язычка (рис. 3.78, а) в одной детали, размещенного в отверстии другой детали, не обеспечивает высокой жесткости и может быть разъемной. Со­единения, когда в одной детали получают формовкой выдавку (рис. 3.78, б) или про­бивкой и отбортовкой - борт (рис. 3.78, в), а в другой - отверстия, обеспечивают прочное неразъемное соединение. Такое же соединение получают обжимом полой детали (рис. 3.78, г) по кольцевой канавке на стержневой детали.

Используя в определенной последова­тельности отдельные операции листовой штамповки, можно изготовлять разнооб­разные плоские и пространственные дета­ли. При разработке технологического про­цесса изготовления деталей следует стре­миться к уменьшению потерь металла в процессе листовой штамповки. Основной отход при листовой штамповке составляет так называемая высечка, т.е. часть листо­вой заготовки после ее вырубки. Форма и размеры вырубаемой заготовки определя­ются формой и размерами детали, а также применяемыми в процессе штамповки формоизменяющими операциями.

При штамповке мало- и среднегаба-ритных деталей обычно из одной листовой заготовки вырубают несколько плоских заготовок для штамповки. Между смеж­ными контурами вырубаемых заготовок

[1_ЦГ

г)

В)

Рис. 3.78. Схемы сборочных операций

Рис. 3.79. Примеры раскроя материала с пере­мычками (а) и без перемычек (б): / - перемычка

оставляют перемычки шириной, примерно равной толщине заготовки, хотя в отдель­ных случаях смежные заготовки вырубают без перемычек (экономия металла при ухудшении качества среза и снижении стойкости инструмента). Расположение контуров смежных вырубаемых заготовок на листовом металле называется раскро­ем. Тип раскроя следует выбирать из ус­ловия уменьшения отхода металла в вы­сечку (рис. 3.79).

Технологические требования к дета­лям, изготовляемым листовой штампов­кой, в значительной степени диктуются рациональным раскроем. С этой точки зрения надо стремиться, чтобы контур детали образовывали преимущественно прямые линии и форма ее в плоскости листа приближалась к прямоугольной.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЛИСТА

137

Кроме того, каждая операция выдвигает свои требования к конструкции получае­мой с ее помощью детали, диктуемые тех­ническими возможностями изготовления инструмента и особенностями деформи­рования. Например, при вырубке размеры деталей не могут быть меньше двух тол­щин стального листа и 1,2 толщины алю­миниевого или медного листа, по услови­ям прочности инструмента. Наименьшие расстояния между пробиваемыми отвер­стиями, а также между контуром детали и отверстиями должны быть больше толщи­ны листа. При гибке высота прямой части отгибаемой полки должна быть не менее удвоенной ее толщины. Во всех формоиз­меняющих операциях технологические требования определяются предельными величинами показателей деформации -минимальным относительным радиусом гибки, предельными коэффициентами вы­тяжки, отбортовки, обжима.

3. ИНСТРУМЕНТ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ

Штампы для листовой штамповки.

В крупносерийном производстве (при из­готовлении большого числа одинаковых деталей) применяют сравнительно слож­ные штампы, состоящие из значительного

числа деталей и обеспечивающие хорошее качество изделия при высокой стойкости инструмента и достаточно высокую про­изводительность. Существуют штампы для выполнения только одной операции и выполнения нескольких операций листо­вой штамповки за один ход пресса.

На рис. 3.80 приведена схема штампа последовательного действия, в котором операции выполняют в различных пози­циях по направлению подачи: в позиции / происходит пробивка, а после перемеще­ния полосы на шаг подачи (позиция II) -вырубка, в результате чего получают из­делия в виде шайбы. Пуансоны 2 и 3 за­крепляют на верхней плите штампа, а матрицы 4 и 5 - на нижней. Точное на­правление пуансонов относительно мат­риц обеспечивается направляющими втул­ками 7 и колонками 6, запрессованными в верхнюю и нижнюю плиты штампа. Поло­са (или лента) подается между направ­ляющими линейками до упора /, ограни­чивающего шаг подачи. Высечка снимает­ся с пуансонов съемником 8.

Многооперационные штампы обычно дороже однооперационных, но позволяют повысить производительность труда и уменьшить число используемого для штамповки оборудования.

Шаг подачи

сдачи

Направление rssr п6д^а"" ■****■

_{° Ш Ф}

Рис. 3.80. Схема штампа последовательного действия для пробивки и вырубки: У - упор; 2 - пуансон вырубки; 3 - пуансон пробивки; 4 - матрица пробивки; 5 - матрица вырубки; 6 - направ­ляющая колонка; 7 - направляющая втулка; 8 - съемник; 9 - матрицедержатель; 10 - перемычка; // - отход; 12 - изделие

138

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

При необходимости изготовления не­большого количества одинаковых деталей (мелкосерийное производство) сложные и дорогостоящие штампы применять нера­ционально. В этом случае стремятся уменьшить стоимость штампа путем соз­дания упрощенных конструкций, приме­нения менее дорогих материалов для де­талей штампов и т.п. В упрощенных-штампах обычно не применяют устройств для направления верхней плиты относи­тельно нижней (колонок, втулок, направ­ляющих плит и т.п.), упрощают направле­ние полосы (не делают упоров, направ­ляющих линеек и т.п.) и широко приме­няют детали из эластичных материалов (резина, полиуретан) в качестве съемни­ков, выталкивателей и т.п. Материалом для пуансона и матриц иногда служат сплавы цветных металлов. В отдельных случаях рабочий инструмент изготовляют из дерева, облицовывая его листовым ме­таллом.

В мелкосерийном производстве наряду с упрощенными конструкциями штампов применяют универсальные и быстропере-налаживаемые штампы, в которых, заме­няя только пуансон и матрицу, можно из­готовлять различные детали.

Оборудование для листовой штам­повки. При листовой штамповке наиболее применимы кривошипные прессы, кото­рые разделяют на прессы простого и двойного действия.

Кинематическая схема кривошипного пресса простого действия аналогична схе­ме кривошипного пресса для объемной штамповки (см. рис. 3.36). Пресс двойного действия для штамповки средне- и круп­ногабаритных деталей имеет два ползуна: внутренний (и к нему крепят пуансон) и наружный (приводит в действие прижим). Внутренний ползун, как у обычного кри­вошипного пресса, получает возвратно-поступательное движение от коленчатого вала через шатун. Наружный ползун по­лучает движение от кулачков, закреплен­ных на коленчатом валу, или системы ры-

чагов, связанных с коленчатым валом. Кинематическая схема пресса такова, что наружный ползун обгоняет внутренний, прижимает фланец заготовки к матрице и остается неподвижным в процессе дефор­мирования заготовки пуансоном, переме­щающимся с внутренним ползуном. После окончания штамповки оба ползуна подни­маются.

Кроме кривошипных прессов для лис­товой штамповки применяют гидравличе­ские прессы (штамповка резиной, штам­повка крупногабаритных толстостенных деталей).

Автоматизация листовой штампов­ки. В массовом производстве деталей ши­роко применяют оснащение прессов лис­товой штамповки устройствами, автома­тизирующими подачу заготовки к рабоче­му инструменту и удаление отштампован­ных деталей из пресса. Устройства авто­матизации можно подразделить на две группы: автоматизирующие подачу листо­вого материала в штамп и автоматизи­рующие подачу штучной заготовки в штамп.

Наиболее просто поддается автомати­зации подача полосы (ленты) в штамп. Для этого применяют механизмы перио­дического действия, которые подают по­лосу при обратном ходе ползуна и остав­ляют полосу неподвижной в процессе штамповки. Автоматизация подачи листо­вого металла при штамповке крупногаба­ритных деталей более сложна. Механизмы подачи штучной заготовки весьма разно­образны и в общем случае имеют устрой­ства для захвата и ориентации заготовки в пространстве и устройства для подачи ориентированной заготовки в штамп. Для этой цели применяют и роботы, которые по программе осуществляют движения, аналогичные движениям руки человека при манипулировании заготовкой в про­цессе штамповки. Применение роботов позволяет автоматизировать процесс штамповки в гибких модулях для изготов­ления ограниченных серий деталей. В этом случае автоматизируются не толь-

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЛИСТА

139

ко подача заготовок и удаление деталей и отходов, но и смена штампов. Робот 3 (рис. 3.81) заменяет инструмент в пуансо-нодержателе и матрицедержателе пресса /. Пресс снабжен устройством 2 для пере­мещения заготовок. В магазине 4, содер­жащем ряд полок, располагается инстру­мент, который по команде системы управ­ления захватывается роботом 3 с опреде­ленной полки. Рычаг робота с захватом поворачивается вокруг вертикальной оси и устанавливает комплект инструмента в пресс. Использование роботов-манипуля­торов значительно расширяет универсаль­ность автоматизированных прессов.

Упрощенные способы обработки листового металла. В мелкосерийном производстве достаточно широко применя­ют упрощенные способы обработки давле­нием листовых заготовок: штамповку эла­стичными материалами, давильные работы, высокоскоростную штамповку и т.п.

При штамповке эластичными мате­риалами только один рабочий элемент (пуансон или матрицу) изготовляют из металла, роль другого инструмента (мат­рицы или пуансона) выполняют резина, пластмассы (полиуретан) и жидкость.

На рис. 3.82 приведены схемы штам­повки резиной. При вырубке и пробивке металлическим инструментом является

шаблон, на который укладывают заготов­ку (рис. 3.82. а). Резиновая подушка в пол­зуне пресса прижимает заготовку к шаб­лону. Если шаблон имеет острые режущие кромки, то давлением резины вначале от­гибают свободные края заготовки, а затем ее обрывают по режущей кромке. Так вы­полняют вырубку и пробивку. Подобным способом можно осуществлять гибку (рис. 3.82, б), неглубокую вытяжку, отбор-товку и формовку. Обычно штампуют за­готовки толщиной не более 3 мм.

Давильные работы предназначены для получения деталей, имеющих форму тел вращения.

Различают давильные работы без уто­нения и с утонением стенки. Схема да­вильных работ без утонения стенки пока­зана на рис. 3.83, а. Предварительно вы­рубленную заготовку продольным суп­портом прижимают к торцу формы-пуан­сона, укрепленной на вращающейся план­шайбе токарно-давильного станка. На на­ружной поверхности заготовки создают давление торцом давильника (рычага). Заготовка проскальзывает под давильни-ком, который вызывает местную дефор­мацию. Постепенное деформирование за­готовки по всей поверхности позволяет придать ей форму пуансона.

Рис. 3.81. Схема использования промышленного робота для замены инструмента на координатно-однопозиционном прессе

140

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

»^Шчч«ККеГ!

Рис. 3.82. Схемы штамповки резиной:

а - вырубки и пробивки; б - гибки; / - резиновая подушка; 2 - шаблон; 3 - стол пресса; 4 - заготовка (лист);

5 - пуансон

Рис. 3.83. Схемы давильных работ:

а - без утонения; б - с утонением; / - форма;

2 - заготовка; 3 - упор; 4 - давильник

При давильных работах без утонения стенки диаметральные размеры заготовки значительно уменьшаются при незначи­тельном изменении ее толщины. Усилие, необходимое для давильных работ при небольшой толщине заготовки (3 мм), можно создать вручную. Давильные рабо­ты требуют высокой квалификации рабо­чего. Однако все шире применяют токар­но-давильные станки с программным управлением, обеспечивающим заданные силы и перемещения давильника.

Давильные работы с утонением (рис. 3.83, 6) изменяют форму заготовки главным образом за счет уменьшения ее толщины без изменения диаметральных размеров. Давильные работы с утонением используют, в частности, взамен вытяжки с утонением, при этом исходную полую цилиндрическую заготовку надевают на цилиндрический вращающийся пуансон. Давильник, перемещаясь параллельно оси заготовки, утоняет ее.

Высокоскоростная штамповка харак­теризуется тем, что кратковременное при­ложение больших сил разгоняет заготовку до скоростей, достигающих 150 м/с; по­следующее ее деформирование происхо­дит за счет накопленной в период разгона кинетической энергии.

Основные разновидности высокоско­ростной листовой штамповки - штамповка взрывом, электрогидравлическая и элек­тромагнитная.

Взрывом штампуют обычно в бассей­не, наполненном водой (рис. 3.84, а). Заго­товку, зажатую между матрицей и прижи­мом, опускают в бассейн. Полость матри-

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЛИСТА

141

цы под заготовкой вакуумируется, чтобы воздух не препятствовал плотному ее при­леганию к матрице. Заряд с детонатором подвешивают в воде над заготовкой. Взрыв образует ударную волну высокого давления, которая, достигая заготовки, вызывает ее разгон. Процесс штамповки длится тысячные доли секунды, а скоро­сти перемещения заготовки соизмеримы со скоростями распространения пластиче­ских деформаций в металле.

Взрывной штамповкой с успехом по­лучают пространственные детали, которые при штамповке в металлических штампах изготовляют вытяжкой и формовкой.

При штамповке взрывом не требуется дорогостоящего прессового оборудования, конструкция штампа крайне проста.

Электрогидравлическую штамповку также осуществляют в бассейне с водой. Ударная волна, разгоняющая заготовку, возникает при кратковременном электри­ческом разряде в жидкости.

Мощный искровой разряд подобен взрыву. В результате разряда в жидкости возникает ударная волна, которая, дойдя до заготовки, оказывает на нее сильное воздействие и деформирует ее по матрице.

Если для полного деформирования заго­товки одного импульса недостаточно, ра­бочий цикл может быть повторен.

Электромагнитная штамповка по принципу создания импульсно воздейст­вующих на заготовку сил отличается от ранее рассмотренных (рис. 3.84, б). Элек­трическая энергия преобразуется в меха­ническую за счет импульсного разряда батареи конденсаторов через соленоид 7, вокруг которого при этом возникает мгно­венное магнитное поле высокой мощно­сти, наводящее вихревые токи в трубчатой токопроводящей заготовке 3. Взаимодей­ствие магнитных полей вихревых токов 1_В с магнитным полем индуктора создает механические силы q, деформирующие заготовку. Для электромагнитной штам­повки трубчатых и плоских заготовок соз­даны специальные установки, на которых можно проводить раздачу, обжим, фор­мовку и операции по получению неразъ­емных соединений деталей. К сборочным операциям, выполняемым путем пласти­ческого деформирования одной детали по контуру другой, относятся соединение концов труб, запрессовка в трубах колец, соединение втулки со стержнем и т.д.

Рис. 3.84. Схемы импульсных способов листовой штамповки:

а - штамповка взрывом; б - электромагнитная штамповка; / - заряд; 2 - уровень воды; 3 - заготовка; 4 - при­жим; 5 - матрица; 6 - вакуумная линия; 7 - соленоид; 8 - пуансон

142

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Какова последовательность операций при штамповке обычной канцелярской кнопки?

2. Какие конструктивные параметры дета­ли, получаемой гибкой, определяют ее техно­логичность?

3. Какая из двух полых цилиндрических оболочек равного объема технологичнее -диаметром 120 или 100 мм?

4. При равенстве коэффициентов вытяжки и других параметров цилиндрическая или ко­ническая оболочка технологичнее?

5. Как различается твердость вытянутой цилиндрической детали в ее донышке и крае­вой части стенки?