Лекция 12. Холодная штамповка

Вид материала

Лекция

Содержание Холодная высадка 2. Листовая штамповка В–длина линии отреза, мм; S Вырубка – отделение части заготовки по замкнутому контуру, при этом отделяемая часть является изделием. Пробивка L–длина линии реза или периметр вырубки; S Вытяжкой без утонения стенки Инструмент и оборудование для листовой штамповки

Подобный материал:

• Холодная штамповка является одним из прогрессивных методов получения узлов и деталей, 263.85kb.
• Лекция 11. Ковка и горячая объемная штамповка. Ковкой, 107.86kb.
• Реферат по теме: «Холодная война великое противостояние сверхдержав», 41.31kb.
• Холодная война» Понятие «холодной войны», 30.33kb.
• Урок в 11 классе по новейшей истории: «Холодная война», 50.75kb.
• Орлов Украинская «Матрица», 1116.08kb.
• Почему мы никогда не будем любить нато, 2574.41kb.
• «Покормите птиц зимой!», 21.6kb.
• Лекция 16. Способы сварки давлением. Контактная сварка. Стыковая, точечная, шовная, 82.74kb.
• «Социальная стратификация и социальная мобильность», 46.19kb.

Лекция 12. Холодная штамповка

Холодной называют штамповку без нагрева заготовок. Ее разделяют на объемную и листовую.

1. Холодная объемная штамповка (ХОШ)

Холодная объемная штамповка позволяет почти полностью исключить обработку резанием. Основные виды холодной объемной штамповки: выдавливание, высадка, объемная формовка и калибровка (чеканка). Холодное выдавливание аналогично прессованию, а холодная высадка, объемная формовка и калибровка аналогичны соответствующим процессам горячей объемной штамповки. Но они обеспечивают достижение большей точности и более качественной поверхности деталей (шероховатость поверхности 0,4 мкм, допуски 0,02–0,05 мм).

В качестве заготовок для ХОШ чаще всего применяют прутковый материал из углеродистых, легированных сталей, цветных металлов и их сплавов, обладающих в холодном состоянии необходимой пластичностью. Большое значение имеет подготовка поверхности заготовок: удаление загрязнений, поверхностных дефектов и т.д.

Штамповку осуществляют в тех же штампах, которые применяются для горячей обработки.

Выдавливание

Выдавливание – образование заготовки путем пластического течения материала в полости штампа.

Различают прямое, обратное, боковое и комбинированное выдавливание.




Рис.1. Схемы выдавливания


При прямом выдавливании металл течет из матрицы в направлении, совпадающем с направлением движения пуансона (рис.1а, б). Этим способом можно получить детали типа стержня с утолщением, трубки с фланцем, стаканы с фланцем.

При обратном выдавливании металл течет в направлении, противоположном направлению движения пуансона, в кольцевой зазор между пуансоном и матрицей для получения полых деталей с дном (рис. 1в).

При боковом выдавливании металл течет в боковые отверстия матрицы под углом к направлению движения пуансона (рис.1г). Таким образом, можно получить детали типа тройников, крестовин и т.п.

При комбинированном выдавливании металл течет по нескольким направлениям (рис.1д). Возможны сочетания различных схем.

Пластическое деформирование выдавливанием происходит в условиях неравномерного всестороннего сжатия и обеспечивают высокую степень деформации.

Из-за высокой стоимости штампов выдавливание целесообразно применять в условиях крупносерийного и массового производства.


Холодная высадка

Высадка – образование на заготовке местных утолщений требуемой формы в результате осадки ее конца. Применяется при изготовлении широкого ассортимента деталей в массовом производстве: болтов, винтов, гаек, заклепок, гвоздей, спиц и т.д.

Исходной заготовкой служат проволока или прутки. Выполняют высадку на холодно-высадочных автоматах.




     

В первом переходе ролики 2 подают пруток 1 до упора 4, после чего матрица 3 перемещается на позицию высадки, отрезая от прутка мерную заготовку.

Во втором переходе ударом высадочного пуансона 5 производится высадка головки. После возвращения пуансона в исходное положение заклепка выталкивается толкателем 6, который также возвращается в исходное положение, а матрица вновь уходит на линию подачи.

Расчет числа переходов высадки производится в основном по соотношению длины высаживаемой части и диаметра заготовки, которое характеризует устойчивость к продольному изгибу. При используют один переход, при– два перехода, при– три перехода. При большом количестве переходов происходит упрочнение металла, поэтому требуется отжиг.

Производительность автоматов достигает 400 изделий в минуту. По сравнению с изготовлением резанием высадка обеспечивает до 30–40% экономии металла.


2. Листовая штамповка

Листовая штамповка – способ изготовления плоских и объемных тонкостенных изделий из заготовки в виде ленты, полосы, рулона.

Характеризуется высокой производительностью, стабильностью качества и точности, низкой себестоимостью изготовляемых деталей, возможностью полной автоматизации. Производительность листовой штамповки – до 40 тысяч деталей в смену.

Толщина заготовки при листовой штамповке обычно не более 10 мм, но иногда может превышать 20 мм, в этом случае штамповка осуществляется с предварительным подогревом до ковочных температур.

При листовой штамповке используют: низкоуглеродистые стали, пластичные легированные стали, цветные металлы и сплавы на их основе, драгоценные металлы, а также неметаллические материалы: органическое стекло, фетр, целлулоид, текстолит, войлок и др. Используется также биметаллический и многослойный лист.

Операции листовой штамповки подразделяются на разделительные и формоизменяющие.

В разделительных операциях этап пластического деформирования материала обязательно завершается его разрушением. К разделительным операциям относят:

1. Отрезка – полное отделение части заготовки по незамкнутому контуру путем сдвига. Отрезка осуществляется на ножницах с параллельными ножами, с наклонно расположенными ножами (гильотинные), с помощью дисковых ножей, с помощью отрезных штампов.



Рис.2. Схемы отрезки: а) наклонно расположенными ножами б) дисковыми ножами


В ножницах с прямолинейным движением ножей (рис.2а) в боковых направляющих станины вверх и вниз перемещается ползун с укрепленным на нем верхним ножом; нижний нож укреплен неподвижно в станине. Подъем и опускание верхнего ножа осуществляется кривошипно-шатунным механизмом. Разрезаемый лист укладывается на стол ножниц и прижимается к нему пневматическим или гидравлическим прижимами. В гильотинных ножницах режущие кромки ножей с целью уменьшения усилия резания наклонены друг к другу под углом створа =1–5^о. Лист подают до упора, определяющего ширину отрезаемой полосы В. Длина отрезаемой полосы L не должна превышать длины ножей.


Усилие резания определяется по формулам:

-для ножниц с параллельными ножами



-для гильотинных ножниц



где: В–длина линии отреза, мм; S–толщина материала, мм; –сопротивление срезу, равное 0,8–0,9 предела прочности материала; – угол скоса верхнего ножа.

Ножницы с вращательным движением режущих кромок – дисковые (рис.2б). Применяются для разрезания листовых полос неограниченной длины, а также для резки по криволинейному контуру. Вращение дисковых ножей обеспечивает не только разделение, но и подачу заготовки под действием сил трения. Режущие кромки ножей заходят одна за другую, это обеспечивает прямолинейность линии отрезки. Для обеспечения захвата и подачи заготовки диаметр ножей должен быть в 30…70 раз больше толщины заготовки, увеличиваясь с уменьшением коэффициента трения.


2. Вырубка – отделение части заготовки по замкнутому контуру, при этом отделяемая часть является изделием.

Пробивка – отделение части заготовки по замкнутому контуру, при этом отделяемая часть является отходом.

Основным технологическим параметром операций является радиальный зазор между пуансоном и матрицей. Зазор назначают в зависимости от толщины и механических свойств заготовки, он приближенно составляет . Зазор при вырубке назначают за счет уменьшения размеров поперечного сечения пуансона, при пробивке – за счет увеличения отверстия в матрице.




Рис.3 Схема процессов вырубки (а) и пробивки (б)

1 – пуансон, 2 – матрица, 3 – изделие, 4 – отход


При штамповке мало- и среднегабаритных деталей из одной листовой заготовки вырубают несколько плоских заготовок для штамповки. Между смежными контурами вырубаемых заготовок оставляют перемычки шириной, примерно равной толщине заготовки. 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 материале называется раскроем. Часть заготовки, оставшаяся после вырубки – высечкой.

Высечка составляет основной отход при листовой штамповке. Тип раскроя следует выбирать из условия уменьшения отхода металла в высечку (рис. 4).

 



Рис.4. Примеры раскроя материала с перемычками (а) и без перемычек (б)

 

Экономия металла может быть получена: уменьшением расхода металла на перемычки, применением безотходного и малоотходного раскроя, повышением точности расчета размеров заготовки и уменьшением припусков на обрезку.

Усилие вырубки или пробивки определяется по формулам:

- для круглого контура ;

- для произвольного контура ,

где: L–длина линии реза или периметр вырубки; S– толщина заготовки; d–диаметр вырезаемого отверстия; –сопротивление срезу.


Формоизменяющие операции – это операции, посредством которых плоская заготовка превращается в пространственную деталь требуемой формы без изменения толщины материала. Основные формообразующие операции: гибка, вытяжка, отбортовка, обжим, раздача, рельефная формовка.

1. Гибка – образование или изменение углов между частями заготовки или придание ей криволинейной формы. Гибку производят в штампах, а также вращающимися фигурными роликами, играющими роль матрицы, на профилегибочных станах.



Рис.5. Схема гибки

1–матрица, 2–заготовка, 3–пуансон, –угол гибки, NN– нейтральный слой, R–радиус скругления


В местах изгиба наружные слои заготовки растягиваются, а внутренние – сжимаются. Между ними расположен нейтральный слой NN, не испытывающий ни растяжения, ни сжатия. По развернутой длине нейтрального слоя определяется размер заготовки до гибки.

Гибка осуществляется в результате упругопластической деформации. при которой наряду с пластической происходит значительная упругая деформация металла. Поэтому после гибки растянутые и сжатые слои металла стремятся возвратиться в исходное положение. Вследствие этого форма детали после гибки не будет соответствовать форме штампа на величину угла пружинения , который необходимо учитывать при изготовлении инструмента. Угол пружинения равен 1–8^о.

С уменьшением радиуса скругления пуансона R возрастает вероятность образования трещин, идущих от наружной поверхности в толщину заготовки, поэтому в зависимости от пластичности металла .

Усилие гибки определяется по формуле:

,

где: В–ширина заготовки, S–толщина металла.


2. Вытяжка– образование полого изделия из плоской или полой заготовки. Вытяжку осуществляют в вытяжных штампах на кривошипном прессе (рис.6).

Вырубленную заготовку диаметром укладывают на плоскость матрицы. Пуансон надавливает на заготовку, и она, смещаясь в отверстие матрицы, образует стенки вытянутой детали. Диаметр вытягиваемого изделия .




Рис.6. Схема вытяжки


Формоизменение при вытяжке оценивают коэффициентом вытяжки , который в зависимости от механических характеристик металла и условий вытяжки не должен превышать 1,8–2,1.

При возможны потеря устойчивости фланца и образование складок при вытяжке. Их предотвращают прижимом фланца заготовки к матрице с определенным усилием. Давление прижима составляет 1–3 МПа. Опасность разрушения заготовок устраняют также скруглением кромок пуансонов и матриц и применением правильно подобранных смазок для уменьшения сил трения между поверхностями заготовок и инструмента.

Различают вытяжку без утонения стенки и с утонением стенки. Вытяжкой без утонения стенки получают полую деталь из листа без изменения его толщины. Это достигается тем, что зазор мезду пуансоном и матрицей принимается равным . При производится вытяжка с утонением стенки, при которой длина полой детали увеличивается за счет утонения боковых стенок. Допустимое уменьшение толщины стенок за один проход составляет 40–60%.

Детали с большим формоизменением заготовки получают за несколько операций вытяжки с постепенным уменьшением диаметра полой детали и увеличением ее высоты. При последующих переходах .

Промежуточный отжиг для устранения наклепа позволяет увеличить К_В до 1,4-1,6.


3. Отбортовка–образование борта (горловины) вокруг отверстия в заготовке.



Рис.7. Схема отбортовки

1–изделие; 2–заготовка; 3–пуансон; 4–матрица


Операция характеризуется коэффициентом отбортовки

,

где; d_О–диаметр отверстия в плоской заготовке. Во избежание образования продольных трещин необходимо, чтобы К_О=1,2–1,8. При отбортовке мелких отверстий стремятся совмещать отбортовку с пробивкой.

Отбортовку применяют для изготовления кольцевых деталей с фланцами и для образования уступов в деталях для нарезания резьбы, сварки или сборки, а также для увеличения жесткости конструкции при малой ее массе.


4. Обжим – уменьшение периметра поперечного сечения концевой части полой заготовки.



Рис.8. Схема обжима


Производится заталкиванием заготовки в сужающуюся полость матрицы (рис. 8).

Операция характеризуется коэффициентом обжима . Во избежание образования продольных складок в обжимаемой части необходимо, чтобы К_О=1,2–1,4. Для большего формообразования делают несколько последовательных операций обжима.


5. Раздача – увеличение периметра поперечного сечения концевой части полой заготовки. Раздача – операция, противоположная обжиму.


Инструмент и оборудование для листовой штамповки

В качестве инструмента при листовой штамповке используют штампы. По технологическому признаку различают штампы простого, последовательного и совмещенного действия. Штампы простого действия – однооперационные, штампы последовательного и совмещенного действия – многооперационные.

В штампе простого действия за один ход ползуна выполняется одна операция.

В штампе последовательного действия за один ход ползуна выполняется одновременно две или большее число операций в различных позициях, а заготовка после каждого хода пресса перемещается на шаг подачи.

В штампе совмещенного действия за один ход ползуна пресса две и большее число операций выполняются в одной позиции без перемещения заготовок в направление подачи.

Холодную листовую штамповку осуществляют в основном на кривошипных прессах. Для крупногабаритных изделий из толстых листов применяются гидравлические прессы.