Основы теории технологических процессов листовой, объемной штамповки, ковки

Черчение

Листовая штамповка — метод изготовления плоских и объем­ных тонкостенных изделий из листового материала, ленты или полосы с по­мощью штампов на прессах или без применения прессов. Листовая штам­повка подразделяется на горячую и холодную.

Горячая штамповка. Применяется главным образом в производст­ве котельных днищ, полушариев, буев и других корпусных деталей для судостроения. Изготовляются они из стального листа толщиной 3 … 4 мм. Операции горячей листовой штамповки аналогичны операциям хо­лодной штамповки. Однако при составлении технологического процесса всегда учитывается нагрев. Составляя чертеж заготовки, надо учитывать утяжку металла при вырубке, пробивке и гибке, а также и степень короб­ления при остывании детали, так как ее размеры при этом несколько со­кращаются. Это обстоятельство заставляет увеличивать допуски на раз­меры в сравнении с холодной штамповкой. Нагревают заготовки в пла­менных и электрических печах, а также в электронагревательных уст­ройствах.

Холодная штамповка. Это наиболее прогрессивный метод обработки давлением, так как он позволяет получить детали, не требующие в боль­шинстве случаев дальнейшей обработки резанием. Холодной листовой штамповкой изготовляют как крупные, так и мелкие детали (рамы и кузо­ва автомобилей, шасси самолетов, элементы обшивки судов, детали часо­вых механизмов и др.).

Листовая штамповка дает большую экономию в использовании металла, обеспечивая в то же время высокую производительность. Но наибольший эффект она дает при массовом и крупносерийном производстве.

При холодной листовой штампов­ке применяются углеродистая и ле­гированная стали, алюминий и его сплавы, медь и ее сплавы, а также неметаллические материалы: кар­тон, эбонит, кожа, резина, фибра, пластмасса, поставляемые в виде ли­стов, лент и полос.

Технология листовой штампов­ки. Основным технологическим обо­рудованием для изготовления изде­лий методом листовой штамповки яв­ляются вибрационные ножницы (рис. 77), кривошипные (см. рис. 87 и рис. 88) и гидравлические прессы. Операции листовой штамповки могут быть разделены на два основных вида: разделительные и формоизменяющие. К ос­новным разделительным операциям относятся: резка, вырубка и пробивка.

Рис. 77

Рис. 87

Рис. 88

Резкой называют операцию, где происходит последовательное отделе­ние части заготовки по прямой или кривой линии. Применяется резка для получения как готовых деталей, так и раскроя листа на полосы нужной ши­рины. При раскрое листа необходимо, чтобы выход деталей из листа был максимальным, а отходы были минимальными. Рациональность раскроя определяется на основании подсчета коэффициента использования матери­ала. Под коэффициентом понимается отношение площади вырубленных де­талей к площади листа. Операция резки производится с помощью вибраци­онных, дисковых, гильотинных и других ножниц.

Вибрационные ножницы (рис. 77) представляют собой станок с корот­кими ножами. Верхний нож 5 получает колебательные движения от элек­тродвигателя 1 через эксцентриковый механизм. Листовой металл уста­навливают на столе 7 и подвигают между верхним 5 и нижним 6 ножами до упора 3, который может передвигаться и закрепляться в скобе стани­ны, 2,4 — головку, 8 — стойка станины.

Вырубка — операция по получению заготовки замкнутого контура (рис. 78). На рис. 79 приведены чертеж (I) и схема (II) типовой детали, изго­товляемой из полосы вырубкой.

Рис. 78

Рис. 79

Пробивка — получение отверстий в детали нужной формы (рис. 80).

Рис. 80

К основным формоизменяющим операциям* относят гибку, вытяжку, отбортовку, обжим и формовку.

Гибка — операция, при которой плоской заготовке придают изогну­тую форму (рис. 81: 1 — пуасон; 2 — нейтральный слой; 3 — матрица): R и г — внешний и внутренние радиусы гибки, S — толщина материала. Она может быть V -образная, U-образная и др. (рис. 82).

Рис. 81

Рис. 82

На рис. 83 представлен чертеж де­тали, отверстия в которой получены пробивкой. После этого деталь изо­гнута на штампе.

Рис. 83

Вытяжка — операция, превра­щающая плоскую заготовку в полую пространственную деталь или полу­фабрикат 2 (рис. 84). Вытяжкой из­готовляют не только цилиндрические детали, но и сложные по форме ко­робчатые, конические и полусферические. При вытяжке плоская заготов­ка 5 втягивается пуансоном 1 в отверстие матрицы 3. Для предотвращения в заготовке при сжимающем напряжении образования складок применяют прижимы 4.

Рис. 84

Вытяжка может быть без утонения и с утонением. В первом случае она происходит без заметного изменения, во втором изменяется не только фор­ма заготовки, но и толщина ее стенок. В случае, когда нужно получить глу­бокую вытяжку, ее ведут в несколько проходов. На рис. 85 показан чертеж типовой детали и из металлического листа 1, изготовленной штамповкой с вытяжкой.

Рис. 85

Отбортовка — операция образования бортов по наружному конту­ру листовой заготовки или вокруг заранее пробитых отверстий (рис. 86). Она применяется главным образом для образования горловин у плоских деталей 2, необходимых как для нарезания резьбы, так и сварки или сбор­ки. Обычно она выполняется последовательно (I, II, III) за один или не­сколько проходов в штампах, состоящих из пуансона 1 и матрицы 3. Опе­рацию отбортовки очень часто выполняют на концах труб при подсоедине­нии к ним фланцев, с помощью которых трубы будут в дальнейшем соеди­няться.

Рис. 86

Обжим — операция сужения (уменьшения) концевой части полых или объемных деталей. Осуществляется она путем обжатия материала штампом снаружи в конической матрице. При этом конфигурация обжимаемой части целиком зависит от формы штампа.

Формовка — операция, связанная с местным изменением формы с сохранением конфигурации наружного контура детали. Примером формов­ки может служить изготовление ребер жесткости на машиностроительных деталях, а также увеличение размеров по диаметру средней части полой де­тали.

Технологический процесс обработки различных материалов давлением, как упоминалось выше, производят на прессах. Прессы бывают гидравли­ческие и механические (кривошипные, винтовые, реечные и т. д.). По на­значению прессы подразделяют на ковочные, штамповочные, листоштамповочные, чеканочные, обрезные, трубопрофильные, гибочные, правильные, брикетировочные (для изготовления брикетов из кусковатых или по­рошкообразных материалов), кузнечно-штамповочные автоматы, термо- пластавтоматы и др.

Кривошипные горячештамповочные прессы ГОСТ 6809-87Е (рис. 87) изготавливаются в России давлением от 61,78 до 617,8 кН (mc — единица силы и веса). Они состоят из станины 1, ползуна 2, шатуна 3, кривошип­ного вала 4, стажных колонн 5, зубчатого колеса 6 и фрикционной муфты 7. Применение прессов для горячей объемной штамповки очень эффек­тивно в сравнении с другим технологическим оборудованием. Они обеспе­чивают более высокую точность поковок при значительной экономии ме­талла. Наличие в них индукционного электрического нагрева способству­ет улучшению условий труда в цехе: уменьшаются шум и сотрясение зда­ния, устраняется задымленность производственных помещений. Управление прессом осуществляется ор­ганами регулирования и с помо­щью сжатого воздуха из цеховой магистрали.

Рис. 87

На рис. 88 показан пресс для хо­лодной штамповки ГОСТ 9408-89Е, состоящий из стойки 1, электро­двигателя 2, цилиндра уравнове­шивания ползуна 3, зубчатого ко­леса 4, направляющих 5, ползуна 6 и стола пресса 7. На подобных прессах изготавливают как мел­кие, так и крупные листовые дета­ли, например, кузова автомобилей. Возможное давление пресса — 30,89 кН.

Рис. 88

Гидравлические прессы обладают наилучшей характеристикой для глу­бокой вытяжки и других операций листовой штамповки, так как осуще­ствляют деформирование металла с постоянной скоростью. Подобные прессы широко применяют в авиационной и ракетостроительной промыш­ленности.

На рис. 89 и 90 показаны крупные сборочные единицы самолетов, де­тали которых изготовлены прессованием. Так, каркас пола пассажир­ской кабины самолета (рис. 89) включает: обшивку 1, шпангоут 2, стрин­геры 3, поперечные балки 4 и продолжные балки 5. А гондола турбо-винтового двигателя самолета (рис. 90) состоит из обтекателя втулки винта — 1, воздухозаборника 2, крышки переднего капота 3, крышки заднего капота 4, люка 5, силовой фермы в, кожуха 7, стекателя 8, хвостовой ча­сти гондолы 9, силового шпангоута 10, рамы маслорадиатора 11, силово­го шпангоута 12 и боковой балки 13.

Рис. 89

Рис. 90

Прогрессивные способы хо­лодной листовой штамповки. Но­вые, виды штамповки благодаря своей простоте и экономичности находят широкое применение в ус­ловиях мелкосерийного и единич­ного производства. К ним относят штамповку резиной, жидкостью, взрывом, электрогидравлическую и др.

Штамповка резиной. С ее помощью осуществляются разделительные и формоизменяю­щие операции. При этом пуансо­ном или матрицей является рези­на. Штамповку резиной чаще все­го применяют для изделий из тон­колистового металла толщиной до 2 мм (алюминия, медных сплавов, малоуглеродистой стали).

Штамповка жидкостью. В этом случае металл дефор­мируется под давлением жидкос­ти, принимая форму матрицы. Данный способ применяют для вы­тяжки полых деталей разной фор­мы.

Штамповка взрывом. Для пластического формоизмене­ния заготовки применяют и взрыв­чатые вещества (взрывчатые газо­вые смеси из метана, пропана, гиксогена и др.), создающие высокое давление, под действием которого заготовка принимает форму штам­па.

Штамповку взрывом применя­ют для изготовления крупных де­талей и деталей сложной формы, когда изготовление их другими способами невозможно (напри­мер, сплавы труднодеформируемые) или неэкономично. Такая

штамповка не требует сложного и до­рогостоящего оборудования.

Электрогидравлическая штамповка. Этот метод характерен тем, что энергоносителем является вы­соковольтный электрический заряд в жидкости. Разряд вызывает появление ударной волны, которая и деформирует заготовку, придавая ей необходимую форму.

Этот вид штамповки дает возмож­ность выполнять все операции холод­ной листовой штамповки с большой точностью и с сравнительно малыми за­тратами.

Магнитно-импульсная формовка. Формирование изделий этим методом происходит при создании импульсного магнитного поля вокруг заготовки и взаимодействия этого поля с импульсными токами, протекающими в заготовке. В результате такого взаи­модействия в заготовке возбуждаются вихревые токи, что приводит к образо­ванию вокруг нее также электромагнитного поля. Это создает предпосылки для динамического воздействия на за­готовку и ее деформирование.

Этим методом осуществляют обжатие трубных заготовок, рельефную формовку, вырубку и др.

Существуют и другие прогрессивные методы листовой штамповки, но мы их рассматривать не будем.

* Формоизменяющими операциями называют такие, при помощи которых из плоской заготовки получают детали пространственной формы

Основы теории технологических процессов листовой, объемной штамповки, ковки

Вытяжка — это технологическая операция ЛШ, заключающаяся в превращении плоской или полой заготовки в открытое сверху полое изделие замкнутого контура. По геометрической форме получаемых деталей выделяют вытяжку изделий осесимметричной, коробчатой и сложной несимметричной формы. Кроме того, различают вытяжку с прижимом и без прижима, а также с утонением и без утонения стенок.

Схема вытяжки без прижима приведена на рис. 1.15. Пуансон, воздействуя на центральную часть заготовки (рис. 1.15а), вызывает ее прогиб за счет создания изгибающего момента со стороны матрицы и пуансона. Дальнейшее опускание пуансона приводит к появлению радиальных растягивающих напряжений, достаточных для перевода фланцевой части заготовки в пластическое состояние. С этого момента начинается втягивание заготовки в матрицу с образованием боковых поверхностей вытягиваемого изделия при одновременном уменьшении диаметра заготовки. Действие радиальных растягивающих напряжений σρ приводит к тому, что во фланце в тангенциальном (широтном) направлении возникают сжимающие напряжения σθ. Совместное действие этих напряжений обеспечивает втягивание фланца в отверстие матрицы и получение изделия (рис. 1.15б).

За одну операцию вытяжки можно получить одну неглубокую деталь, т.к. при больших степенях вытяжки в опасных зонах (переход от фланца к стенке и от стенки к дну) величина радиальных растягивающих напряжений от может превышать максимальную σρmax , что приведет к отрыву фланца или дна от стенки детали.

Напряженно-деформированное состояние в исследуемых сечениях в случае вытяжки с прижимом представлено на рис. 1.16.

Сечение 1. Фланцевая часть находится под воздействием тангенциальных и осевых сжимающих напряжений и радиального растягивающего, то есть реализуется объемная схема напряженного и деформированного состояния. Без прижима осевые напряжения σz равны нулю.

Под воздействием такой схемы напряженно-деформированного состояния с наличием максимальной величины тангенциальных напряжений сжатия (σθmax) возможна потеря устойчивости фланцевой части заготовки и образование гофр (складок). Для предотвращения этого явления используется прижим или складкодержатель, при применении которого осевая деформация εz значительно уменьшается и стремится к нулю, что обеспечивает снижение складкообразования вследствие уменьшения толщины фланцевой части.

Сечение 2. В данном сечении перехода от фланца к цилиндрической части изделия реализуется сложная деформация, вызванная пространственным изгибом, наибольшим радиальным растяжением и незначительным тангенциальным сжатием. Действующие в этом сечении радиальные растягивающие напряжения являются максимальными и могут привести к отрыву фланцевой части заготовки, особенно при большой величине силы прижима Q.

Сечение 3. В стенке (цилиндрической части) полого изделия реализуется линейно-напряженное и плоско-деформированное состояние.

Сечение 4. Часть данного закругления изделия является наиболее опасным с точки зрения возникновения трещин сечением. Это вызвано действием объемной схемы напряжений двухосного растяжения и одноосного сжатия, под действием которых происходит значительное утонение стенок в этой части заготовки. Для предотвращения отрыва дна от стенок, что является следствием действия такой схемы н.д.с., необходимо, чтобы величина радиальных растягивающих напряжений не превышала σθmax.

Сечение 5. Дно изделия находится в плоско-напряженном и объемно- деформированном состоянии. На первом переходе вытяжки толщина металла практически не изменяется, а на последующих операциях дно значительно утоняется.

Таким образом, при вытяжке возникает разноименная схема напряженного и деформированного состояния. Следствием этого является различная толщина стенок изделия, что может привести к трем основным причинам брака при вытяжке: складкообразованию на фланцевой части заготовки, для предотвращения чего необходимо применять прижим; отрыву фланца от стенки заготовки; отрыву дна от стенки заготовки.

Для устранения последних двух видов брака необходимо назначать величину вытяжки по переходам с учетом минимально допустимых коэффициентов вытяжки. В противном случае величина растягивающих напряжений σρ. превысит максимальную σρmax и произойдет отрыв, причем чем выше сила прижима Q, тем более вероятен отрыв фланцевой части изделия.

Сила вытяжки

Для расчета силы вытяжки рекомендуется пользоваться обобщенной формулой:

Р=L·S·σρmax·k

где L — периметр детали; S — толщина; к — коэффициент, учитывающий форму детали; σρmax — максимальное радиальное напряжение.

Так как для всех случаев трудно учесть особенности процесса вытяжки изделий различной геометрической формы, предлагается на основе производственных и экспериментальных данных для определения силы использовать различные эмпирические коэффициенты. Например, для цилиндрических деталей с широким фланцем обобщенная формула запишется в виде

Р= π d·S·σ·k

где σ — предел прочности металла.

При расчете силы вытяжки высоких квадратных коробок на начальных операциях рекомендуется пользоваться последней формулой, а на последней операции следующей зависимостью:

P=(4B-1,72rK)·S·σ·kb

где В и rK — соответственно, ширина и радиус углового закругления коробки; кв — коэффициент.

Листовая штамповка

Тех. науки

24.10 1:11 363 VN:F [1.9.22_1171]

подождите…

Rating: 5.0/5 (1 vote cast)

303 Сергей Викторович

Листовой штамповкой называют метод изготовления плоских и объемных тонкостенных изделий из листового материала, ленты или полосы с помощью штампов на прессах или без применения прессов (беспрессовая штамповка). Листовая штамповка делится на горячую и холодную. Наибольшее распространение имеет холодная листовая штамповка. Операции листовой штамповки делятся на два основных класса: разделительные, в которых одна часть заготовки отделяется от другой, и формоизменяющие, при которых получают изделия сложной формы за счет деформации металла заготовки без его разрушения. К основным разделительным операциям относятся отрезка, вырубка и пробивка.

К основным формоизменяющим операциям относятся гибка, вытяжка, обжим, отбортовка, формовка (рис. 3.32).

Рис. 3.32 Схема фасонных операций листовой штамповки; а) вырубка; б) гибка; в) вытяжка; г) формовка. 1 – пуансон; 2 – заготовка (изделие); 3 – штамп (матрица).

Резка – последовательное отделение части заготовки от прямой или кривой линии, это заготовительная операция. Выполняется обычно на гильотинных ножницах.

Вырубка – операция единовременного отделения материала от заготовки по замкнутому контуру, причем отделяемая часть является изделием.

Пробивка – получение отверстий путем отделения материала по замкнутому контуру внутри детали. При пробивке отделяемая часть металла является отходом.

Гибка – формоизменяющая операция для получения изогнутой детали из плоской заготовки. Вытяжка – операция, превращающая плоскую заготовку в полую деталь или полуфабрикат.

Вытяжкой можно изготавливать не только цилиндрические детали, но и более сложные по форме: коробчатые, конические, полусферические. Вытяжка за один проход регламентируется прочностью вытягиваемого стаканчика. Попытка втянуть в матрицу слишком большую заготовку приводит к отрыву дна. Возможность вытяжки определяется коэффициентом, представляющим собой отношение диаметра вытягиваемого колпачка к диаметру заготовки и должен быть не менее 0,5–0,6: d/D=0,5–0,6. Если коэффициент меньше, то деталь вытягивают за два и более перехода.

Обжим – операция сужения концевой части полых или объемных деталей путем обжатия материала штампом снаружи в конической матрице.

Отбортовка и разбортовка – образование бортов по наружному краю заготовки или вокруг пробитых отверстий за счет растяжения материала.

Формовка – операция изменяющая форму заготовки посредством деформации материала. Основным оборудованием для листовой штамповки являются ножницы, кривошипные и гидравлические прессы. Передовым методом штамповки являются беспрессовые метода листовой штамповки резиной, гидравлической вытяжкой, взрывом, магнито-импульсным и другими методами, которые резко увеличивают производительность труда, а следовательно и снижают себестоимость штамповки.

Похожие статьи:

Холодная объемная штамповка

Штамповка на горизонтально-ковочных машинах

Основные операции ковки

• Штамповка

Предыдущая запись Следующая запись