Технология листовой штамповки: горячая, холодная, резиной, взрывом, жидкостью

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.