Учебное пособие Санкт-Петербург Издательство спбгпу 2003
| Вид материала | Учебное пособие |
- Учебное пособие Издательство спбгпу санкт-Петербург, 1380.47kb.
- Методические указания Санкт-Петербург Издательство спбгпу 2007, 1378.97kb.
- Министерство образования Российской Федерации Санкт-Петербургский государственный политехнический, 2776.63kb.
- Учебное пособие Санкт-Петербург 2011 удк 621. 38. 049. 77(075) Поляков, 643.33kb.
- Учебное пособие Санкт-Петербург Издательство спбгэту «лэти» 2004, 1302.72kb.
- Учебное пособие Санкт-Петербург 2009 удк 802., 485.15kb.
- Учебное пособие Санкт-Петербург Издательство спбгэту «лэти» 2006, 1935.03kb.
- Учебное пособие Санкт-Петербург Издательство спбгэту «лэти» 2006, 648.91kb.
- Новые поступления в библиотеку балтийского русского института, 158.89kb.
- Методические указания Санкт-Петербург Издательство спбгпу 2003, 1310.56kb.
Раздача (рис. 75,а) — местное или общее увеличение диаметральных размеров полой заготовки, в результате чего получают ступенчатые и фасонные детали — раструбы, воронки, переходники и др. (рис. 75,б) из предварительно вытянутой трубчатой либо сварной заготовки взамен многопозиционной вытяжки, что значительно сокращает технологический цикл и расход металла.
Рис. 74. Схема обжима (а) и полученные при этом детали (б) (Р — усилие обжима)
Рис. 75. Схема раздачи (а) и полученные при этом детали (б) (Р — усиление раздачи, d и dр — диаметры заготовки соответственно до и после раздачи)
Правка — отделочная операция, с помощью которой устраняют искривления детали, возникшие после вырубки, обрезки, гибки и других операций, и придают ей требуемую по чертежу конфигурацию. Правкой устраняют также дефекты детали, возникшие вследствие несовершенства технологического процесса, плохого состояния штампов и др. К основным причинам, вызывающим необходимость правки деталей, относятся: анизотропия (неравномерность) свойств; повышенная жесткость исходного материала; искривление заготовки; нетехнологичность детали (недостаточная жесткость, завышенная точность изготовления, сложность конфигурации); отрезка заготовок и вырубка деталей притупленными ножами; неправильная последовательность операций штамповки при изготовлении сложных деталей; неудачная конструкция штампов; коробление деталей в процессе термической обработки.
Операции листовой штамповки используются не только для придания заготовке формы и размеров детали, заданной к изготовлению, но и для соединения отдельных отштампованных деталей в собранное изделие.
Внедрение технологических процессов изготовления деталей методами листовой штамповки способствует повышению производительности труда, экономии металла, инструмента, сокращению необходимого количества оборудования и производственных площадей, снижению себестоимости продукции и улучшению ее качества.
Дальнейшее совершенствование процессов листовой штамповки идет в основном по пути создания новых ресурсо- и энергоемких технологических процессов, создания новых методик расчета технологических режимов штамповки.
В авиастроении, судостроении, химическом машиностроении и др. многие листовые детали не могут быть рационально изготовлены обычными методами листовой штамповки. Это объясняется сложностью их формы, высокими требованиями к допускам, механическими свойствами некоторых металлов и сплавов. Традиционные методы неэффективны также при штамповке крупногабаритных листовых деталей из коррозионно-стойких и жаропрочных сталей. Поэтому получили распространение высокоскоростные способы (импульсные методы) штамповки: взрывом, электрогидравлическая (ЭГШ), электромагнитная (магнитно-импульсная обработка металлов — МИОМ). Особенностью этих методов является превращение с высокой скоростью одного вида энергии в другой, благодаря чему создается большая мощность.
При штамповке взрывом в качестве основного источника энергии применяют бризантные взрывчатые вещества (ВВ) — тротил, тетрил, гексоген, аммонит, аммонал и др., которые могут быть в виде порошка, прессованных брикетов (шашек), литых зарядов различной формы, листов и шнуров. Критерием их работоспособности является удельная теплота взрыва, которая для наиболее широко применяемых в промышленности ВВ находится в пределах от 3700 до 7500 кДж/кг (тротил — 4230 кДж/кг). Скорость детонации (скорость распространения взрыва) достигает нескольких тысяч метров в секунду и колеблется от 3600 до 8300 м/с, например, для прессованного литого тротила она составляет 6900–7000 м/с, для гексогена — 8300 м/с, для аммонита — 3600–5300 м/с. Время детонации — 20–30 мкс, т. е. на два порядка меньше, чем время деформирования заготовки.
Со взрывной силой пороха в Западной Европе и России познакомились в XIV в. В начале был открыт пироксилин и изобретен нитроглицерин — конечно, не в медицинских целях. В 1867 г. А. Нобелю был выдан патент на динамит. Появление сильных взрывчатых веществ не только перевернуло взгляд на военную технику, но и создало предпосылки для возникновения методов и инструментов для взрывной обработки металлов.
В 1886 г. Менро применил взрыв для чеканки железных пластин. С начала ХХ в. разрабатывается много методов формования металлов с использованием взрывчатых веществ. Прогрессивный метод штампования взрывом предложили в 40-х гг. ХХ в. наши соотечественники Э.В. Пихтовников и Ю.С. Навагин.
Листовую заготовку укладывают на матрицу, прижимают прижимным кольцом и на определенном расстоянии от поверхности заготовки устанавливают заряд ВВ с электродетонатором. Затем матрицу с заготовкой и зарядом опускают в бассейн, наполненный водой. Из нижней полости матрицы через клапан с помощью вакуум-насоса откачивают воздух, чтобы он не препятствовал перемещению заготовки. И наконец через электродетонатор взрывают ВВ. Образующаяся в результате взрыва ВВ ударная волна в жидкости деформирует заготовку.
Основным технологическим параметром процесса является масса заряда ВВ. Она может быть определена расчетным путем исходя из необходимой энергии формообразования заготовки, по эмпирическим зависимостям, на основании пробных экспериментов и моделирования процесса.
Коэффициент полезного действия установки при взрыве ВВ в открытом бассейне составляет 8–10 %, а в установках закрытого типа — 12–15 %. Форма заряда определяет форму фронта ударной волны, действующей на заготовку. При сферическом заряде образуется волна сферической формы, при цилиндрическом (в виде стержня) — цилиндрической, при плоском (лист или кольцевой заряд) — плоской формы. Конфигурация штампуемых деталей влияет на выбор формы заряда.
При вытяжке деталей сферической или куполообразной формы используют сферические заряды.
Для штамповки деталей небольшой высоты с плоским дном применяют заряд в виде плоской пластины, шнур, свернутый в спираль или несколько точечных зарядов, образующих кольцо.
При раздаче трубчатых заготовок используют заряд в виде стержня. Эффективен в ряде случаев заряд конической или кольцевой формы. Дистанция взрыва влияет на профиль фронта ударной волны.
При чеканке, калибровке, правке плит применяют заряды ВВ в виде пластин, расположенных непосредственно на поверхности заготовки.
При отрезке и вырубке листового материала используют шнуровые или линейные заряды ВВ, накладываемые на заготовку вдоль линии реза.
Минимальную высоту столба воды над зарядом ВВ определяют из условия наиболее полного использования энергии взрыва и принимают равной 20–25 радиусам заряда.
К преимуществам процесса относится: простота оснастки, экономическая эффективность по сравнению со штамповкой на прессах, универсальность процесса, меньшее утонение стенки деталей и высокая их точность; недостатки: при штамповке крупногабаритных деталей — сложность манипулирования заготовкой и оснасткой, высокая доля ручного труда; низкая производительность процесса; возможность возникновения сейсмических волн; повышенные требования к технике безопасности.
Процесс ЭГШ деталей основан на высоковольтном электрическом разряде в жидкости, при котором возникает ударная волна, деформирующая заготовку.
Импульсный разряд в жидкости, обеспечивающей создание фронта высоких давлений, принято называть электрогидравлическим эффектом (ЭГЭ).
Идея реализации ЭГЭ в технологических целях (дробления горных пород, очистки литья, штамповки) принадлежит ленинградскому изобретателю Л.А.Юткину.
Одной из самых эффективных областей применения ЭГШ является изготовление из листовых медных заготовок толщиной 5…8 мм инструментов-электродов для электрокоррозионной обработки металлов.
Габаритные размеры плоских заготовок деталей сложной формы, изготовляемых ЭГШ, достигают 1500Ѕ2000 мм (табл. 23). Глубина штампуемых изделий — до 500…600 мм. На специальных электрогидравлических установках с перемещаемой одной или несколькими разрядными камерами штампуют плоские крупногабаритные (до 3…3,5 м) детали с различными рифтами либо местными рельефами. Детали сложной формы штампуют за несколько переходов через эластичную диафрагму и с использованием многоэлектродных разрядных камер.
Таблица
Предельные размеры деталей, изготовляемых ЭГШ
| Вид штамповки | Материал заготовки | |||
| Стали, титановые и высокопрочные сплавы | Алюминиевые сплавы | |||
| Длина (ширина) | Толщина | Длина (ширина) | Толщина | |
| Формообразование из плоской заготовки с деформированием всего объема | 1500 | 4 | 3000 | 5 |
| Местное формообразование конструктивных элементов плоских или предварительно отформованных заготовок | 4000 | 3 | 4000 | 4 |
| Формообразование и калибровка замкнутых обечаек | 2500 | 5 | 2500 | 8 |
| Развальцовка труб при сборке | 100 | 2 | 150 | 4 |
ЭГШ не является универсальным способом изготовления листовых деталей, хотя с ее помощью можно выполнять практически все операции листовой штамповки. Наиболее целесообразно применять ЭГШ для раздачи, вытяжки, гибки, вырубки, пробивки, а также для калибровки деталей, изготовленных другими способами. Поскольку импульсный характер приложения нагрузки позволяет деформировать малопластичные материалы и изготовлять за одну установку детали сложной формы, ЭГШ значительно расширяет технологические возможности холодной листовой штамповки.
Одним из преимуществ ЭГШ по сравнению с другими высокоскоростными методами является то, что большое количество энергии может быть направлено локально, т. е. на отдельные участки заготовки. Это преимущество используется при изготовлении сложных по форме деталей с различными конструктивными элементами — местными выштамповками, рифтами, ребрами, отверстиями и отбортовками.
Основной особенностью МИМО является создание непосредственно импульсным магнитным полем механических усилий, деформирующих заготовку без помощи промежуточных твердых, жидких или газообразных тел. Электромагнитная штамповка — это способ бесконтактного деформирования, при котором электрическая энергия без дополнительных преобразований расходуется на совершение работы пластической деформации.
Импульсные магнитные поля создаются с помощью магнитно-импульсных установок (МИУ) при разряде батареи конденсаторов через рабочий инструмент — индуктор, вокруг или около которого расположена заготовка. Между магнитным полем индуцированного в заготовке тока и магнитным полем тока в индукторе возникают электромеханические взаимодействия. Эти силы, носящие импульсный характер (длительность воздействия — 10–3 с), сообщают обрабатываемой заготовке запас кинетической энергии. Скорость деформирования при этом достигает сотен метров в секунду. При соударении с матрицей, оправкой или другой деталью происходят окончательное формоизменение заготовки, ее калибровка, сборка, а при определенных условиях и сварка.
С помощью электромагнитной штамповки производят неглубокую вытяжку, формовку, отбортовку, вырубку, пробивку отверстий, обжим и раздачу трубчатых заготовок, а также сборочные операции по созданию неразъемных конструкций — соединение концов труб, труб с фитингами, с заглушками, опрессовка наконечников на электрокабелях, бандажирование, сборка многослойных оболочек, металлорукавов высокого давления и т. д. Получают также неразъемные соединения, к которым предъявляются повышенные требования по герметичности, по передаче крутящего момента и осевых усилий.
Импульсный характер нагружения дает возможность напрессовывать металлические трубчатые заготовки на детали из керамики, стекла, углепластика и других неметаллических материалов, обеспечивая при этом равномерное давление, заданный натяг и герметичность.
Чтобы выполнить электромагнитную штамповку, достаточно одного формоизменяющего инструмента (или пуансона, или матрицы), поскольку роль второго выполняет магнитное импульсное поле, а для большинства сборочных операций инструмент вообще не нужен. Это позволяет изготовлять детали весьма сложных форм, получение которых обычными методами невозможно или очень сложно.
По сравнению с высокоскоростными способами деформирования электромагнитная штамповка имеет ряд преимуществ: возможность более точного дозирования энергии разряда и регулировки параметров процесса; более высокая точность размеров получаемых деталей; возможность деформирования заготовок за несколько разрядов, причем первые импульсы могут служить для предварительного разогрева заготовки; возможность выполнения сборочных операций; более высокая производительность процесса; большую технологическая гибкость процесса, позволяющая с помощью одного индуктора получать различные по конфигурации детали; возможность автоматизации процесса и встраивания МИУ в автоматические и гибкие переналаживаемые линии.
Электромагнитная штамповка имеет и ряд недостатков: сложность получения деталей, требующих глубокой вытяжки; ограничение по форме и геометрическим размерам штампуемых деталей; необходимость применения “спутников” и токопроводящих покрытий при деформировании материалов с низкая электропроводностью; низкую стойкость индуктора при штамповке стальных заготовок.