Формоизменяющие операции. Штампы для листовой штамповки. Раскрой материала. Оборудование

Разделительные операции листовой штамповки.

Рассмотрим основные разделительные 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 ножниц — ножницы с поступательным движением режущих кромок ножа (рис. 1, а) и вращательным движением режущих кромок — дисковые ножницы (рис. 1, б). Для уменьшения усилия резания режущие кромки в ножницах с поступательным движением ножа наклонены друг к другу под углом 1 — 5º (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 4 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 отсутствия притупления режущих кромок. Усилие отрезки пропорционально срезаемой в данный момент площади заготовки.

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 происходит врезание режущих кромок в заготовку и смещение одной части заготовки относительно другой без видимого разрушения (рис. 2, 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 — 6º; если эти трещины встречаются, то поверхность среза получается сравнительно ровной (рис. 2, 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 зазора между пуансоном и матрицей. Зазор z назначают в зависимости от толщины и механических свойств заготовки, он приближенно составляет (0,05 —:0,1) S. При малом зазоре трещины не встречаются, и на поверхности среза появляются пояски вторичного среза (рис. 2, 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.

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 заданной формы и размеров).

Характер деформирования заготовки для этих операций аналогичен рассмотренному.

1. Формоизменяющим операциям относятся: гибка, вытяжка, отбортовка, обжим, формовка.

Гибка — операция, изменяющая кривизну заготовки практически без изменения ее линейных размеров (рис. 1, 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 исключающие разрушение заготовки. В зависимости от пластичности материала заготовки = (0,1 2) S.

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 и угла , и увеличивается с увеличением этих параметров.

Углы пружинения уменьшаются при гибке с подчеканкой (когда полки заготовки с определенным усилием 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. 1, 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.

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

Схема первого перехода вытяжки приведена на рис.1, 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 , втягивающие фланец в отверстие матрицы, и сжимающие напряжения , действующие в тангенциальном направлении и уменьшающие диаметральные размеры заготовки. При определенных размерах фланец заготовки может потерять устойчивость под действием сжимающих напряжений , что приведет к образованию складок 6 (рис. 1, а). Складки могут появиться, если (D — d)) (18 20)S.

Для предотвращения появления складок применяют прижим 8, с определенной силой прижимающий фланец заготовки к плоскости матрицы.

Растягивающие напряжения на наружной кромке заготовки равны нулю ( = 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 достигнут временного сопротивления материала заготовки, то заготовка у донышка разрушится и вытяжка окажется невозможной.

Отсюда следует, что без разрушения можно вытягивать заготовки с определенной, ограниченной шириной фланца. Формоизменение при вытяжке оценивают коэффициентом вытяжки . В зависимости от механических свойств металла и условий вытяжки максимально допустимые значения коэффициента вытяжки составляют 1,8 — 2,1.

Для уменьшения концентрации напряжений и соответственно опасности разрушения заготовки кромки пуансона и матрицы скругляют по радиусу, равному 5 — 10 толщин заготовки. Для уменьшения силы трения вытяжку обычно ведут, смазывая заготовку.

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. 1, б. На последующем переходе уменьшается диаметр полой заготовки и (по условию равенства поверхностей) увеличивается ее высота.

Вытяжка с утонением стенки увеличивает длину полой заготовки в основном за счет уменьшения толщины стенок исходной заготовки (рис. 1, 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, у которых толщина донышка больше толщины стенок, деталей со стенкой, толщина которой уменьшается к краю (в этом случае пуансон выполняют коническим), а также тонкостенных деталей, получение которых вытяжкой без утонения стенки затруднительно в связи с опасностью складкообразования.

Отбортовка — получение бортов (горловин) путем вдавливания центральной части заготовки с предварительно пробитым отверстием в матрицу (рис. 2, 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 в зависимости от механических свойств материала заготовки, а также от ее относительной толщины . 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. 2, б). 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 . 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 3 на заготовке, ребра жесткости и т. п. Часто вместо металлического пуансона или матрицы применяют резиновую подушку (рис. 2, в). С помощью резинового вкладыша (или жидкости) можно увеличить размеры средней части полой заготовки (рис. 2, г). При этом резина или жидкость легко удаляются из штампованной детали, а матрица должна быть разъемной.

2. 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 приведена схема штампа последовательного действия, в котором операции выполняют в различных позициях по направлению подачи: в позиции 1 происходит пробивка, а после перемещения полосы на шаг подачи (позиция 11) — 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 1, 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.

Дата добавления: 2015-07-02