Обработка давлением

Глава 4.

Введение. Обработка давлением один из основных способов получеВнния заготовок и деталей в приборостроении. Широкое применение заготовок и деталей, полученных обработкой давлением, объясняется прежде всего их малой стоимостью, большой производительностью изготовления, малой материалоемкостью, высокой точностью и выВнсоким качеством поверхности.

При обработке давлением происходит частичное или полное изменение формы заготовки за счет перераспределения объема под действием внешних сил. К этому виду обработки относят горячую и холодную ковку, листовую и объемную штамповку, прокатку, волочеВнние, ротационное выдавливание, штамповку взрывом взрывчатых веВнществ и газовых смесей, импульсным магнитным полем, электрогидравлическую, эластичными рабочимии средами и др. - десятки разВнличных операций. *

В основе физической сущности различных видов обработки давВнлением лежат общие закономерности, на основании которых возможВнно управление физическими свойствами деталей и процессом формоВнобразования.

4.1. Физические основы обработки давлением

Строение деформируемого металла. Все применяемые в промышВнленности металлы и сплавы имеют поликристаллическое строение, то-есть состоят из множества произвольно ориентированных в объеме кристаллов. В некоторых случаях кристаллы имеют преобладающую ориентацию, обусловленную технологией производства. РасположеВнние атомов в' кристалле определяется условиями кристаллизации.

Пластическая деформация. Под действием внешних сил расстояВнние между атомами меняется и при переносе атомов в новые полоВнжения устойчивого равновесия изменяется форма заготовки - возникает пластическая деформация. Пластическое деформирование проВнисходит за счет двух механизмов: скольжения и двойникования. Скольжение представляет собой параллельное смещение тонких слоев кристалла относительно смежных (рис.1). Обычно плоскостями скольжения являются плоскости наибольшей упаковки атомов. ПереВнсечение плоскостей скольжения с поверхностью кристалла называют полосой скольжения.

Скольжение начинается в одном или нескольких участках плоскоВнсти скольжения и затем распространяется на всю поверхность.

При сдвиге атомов одного слоя относительно другого величина необходимого касательного напряжения равна

τmax=(b/a)*(G/2п)

где (a , b - расстояние между атомами соответственно в верВнтикальном и горизонтальном направлении, G - модуль сдвига (кГ/мм2) MПa

Из формулы следует, что сопротивление сдвигу на несколько порядков больше действительных значений. Эти расхождения объясВнняются наличием дислокаций.

Дислокации - это искажение кристаллической решетки (рис.2 ), причинами которых являются: наличие примесей, отсутствие в узлах решетки атомов, излишние атомы, граница зерна между деформироВнванной и недеформированной частью в плоскости скольжения. ИскаВнжения в реальных кристаллах ослабляют межатомные связи; это и уменьшает прочность металлов во много раз.

Двойникование - это механизм пластической деформации, приводящий к симметричному изменению ориентировки одной части кристалла относительно другой (рис.3). Иногда плестическая деформация сопровождается при двойниковании увеличением объема (например у Fe на 50%).

Пластическая деформация поликристалла. У поликристалла плоскости скольжения в отдельных зернах ориентированы не одинаково. И при приложении внешних сил деформация в зернах будет происходить не одновременно; сначала в зернах с наиболее благоприятной ориентиВнровкой по отношению к действующему напряжению, а затем во всех остальных, когда величина напряжения и для их положения достигаВнет максимального значения. В результате скольжения в поликристаллическом теле на поверхности появляются линии скольжения (рис.4) След скольжения ухудшает внешний вид деталей. При дальнейшем увеличении степени деформации вся поверхность тела покрывается линиями скольжения и поэтому их следов нельзя заметить.

Дальнейшее увеличение степени деформации приводит к вытянутости зерна в направлении течения и повороту кристаллографических осей зерен. При некоторой (значительной) деформации разница в направлениях кристаллографических осей уменьшается: возникает преимущественная ориентировка осей поликристалла, которую назыВнвают текстурой. Возникновение текстуры ведет к анизотропии всех свойств тела. Анизотропия механических свойств отрицательно скаВнзывается на качестве, расходе металла, трудоемкости изготовления изделия.

Влияние холодной пластической деформации на физико-механические свойства. При пластическом деформировании тела с увеличением деВнформации:

а) изменяются механические характеристики - увеличивается предел упругости, текучести, прочности, твердость; уменьшается - относительное удлинение (рис. 5), сужение, ударная вязкость ,

б) изменяются физические характеристики - увеличивается электрическое сопротивление (у вольфрамовой проволоки на 30-50%), коэрцитивная сила и гистерезис, уменьшается - магнитная проницаВнемость, магнитная восприимчивость, магнитное насыщение и остаточный магнетизм, уменьшается теплопроводность, сопротивление коррозии.

Упрочнение. Совокупность всех явлений, связанных с изменением механических и физико-химических свойств материалов называется упрочнением (пакленом).

С увеличением деформации сопротивление деформированию увелиВнчивается по сравнению с начальным в два и более раза (рис . 5) .

Степень деформации. Показателем степени деформации в обработке давлением наиболее часто принимается относительная и логарифмиВнческая деформация. Наиболее распространено использование относиВнтельных деформаций, например, для растяжения:

д=(l-lo)/lo

где lo и l - начальная и конечная длина образца при растяжении.

Деформирование при повышенных температурах. С целью уменьшения деформирующего усилия и повышения пластичности обрабатываемый металл нагревают. При повышении температуры деформируемого меВнталла в нем возникают процессы противоположные упрочнению - возВнврат и рекристаллизация.

При нагреве до температуры (0,25-0,30)КВ° абсолютной темпеВнратуры плавления металла амплитуда колебания атомов при деформиВнровании настолько увеличивается, что они могут занимать новые положения устойчивого равновесия. Это явление называют возвратом. Возврат приводит к некоторому уменьшению сопротивления деформироВнванию, однако не влияет на величину, форму и размеры зерна. ПоВнэтому возврат не препятствует образованию текстуры. С увеличениВнем температуры скорость возврата увеличивается, увеличение скоВнрости деформирования может уменьшить скорость возврата. Возврат происходит также и 'при нагреве ранее холоднодеформированного металла.

При температуре 0,4КВ° и более в металле протекает процесс рекристаллизации. Рекристаллизация заключается в появлении зароВндышей, возникновении и росте новых зерен взамен деформированных. Возможность рекристаллизации обусловливается при увеличении темВнпературы повышением энергетического баланса атомов, при котором атомы получают возможность перегруппировок и интенсивного обмена местами. При рекристаллизации получают равноосные зерна; величиВнна образовавшихся зерен зависит от температуры, степени деформаВнции и скорости деформации (рис. 6 ).

Процессу рекристаллизации можно подвергать холоднодеформированные металлы.

Влияние горячей пластической деформации на свойства металла. Заготовки с литой структурой обычно подвергают горячей обработке давлением. Литая структура характеризуется крупными кристаллами первичной кристаллизации, по границам которых располагаются проВнслойки, обогащенные примесями и неметаллическими включениями.

Деформирование литой структуры приводит к дроблению кристалВнлитов и вытягиванию их в направлении наиболее интенсивного течеВнния металла. Одновременно происходит и вытягивание в том же направлении межкристаллитных прослоек, содержащих неметалличесВнкие включения. При достаточно большой степени деформации неметалВнлические включения принимают форму прядей вытянутых в направлеВннии интенсивного течения металла, образуя полосчатость макростВнруктуры (полосчатости микроструктуры при этом нет).

Полосчатость макроструктуры приводит к анизотропии металла. Показатели пластичности (предел текучести и удлинение) вдоль и поперек волокон значительно отличаются, причем разница их значеВнний возрастает с увеличением степени деформации. Прочностные характеристики металла вдоль и поперек волокон отличаются незнаВнчительно, а увеличение степени деформации на их величине практически не сказывается.

При горячей обработке металлов давлением стремятся вести процесс деформирования таким образом, чтобы волокна макрострукВнтуры были расположены в направлениях наибольших нормальных напряВнжений в условиях работы детали.

Виды деформаций. В зависимости от возможности протекания в металВнле при деформации процессов упрочнения или разупрочнения разлиВнчают несколько видов деформации.

Горячая деформация - деформация, при которой происходит полВнная рекристаллизация деформируемого металла.

Холодная деформация - деформация при которой отсутствуют возврат и рекристаллизация.

Различают и промежуточные виды деформаций: неполная горячая деформация - деформация, при которой рекристаллизация проходит не полностью; неполная холодная деформация - деформация, при коВнторой происходит только возврат.

Основные закономерности пластической деформации

1. Закон постоянства объема: объем металла при его пластичеВнском деформировании остается неизменным.

2. Закон наличия упругой деформации при пластическом деформиВнровании. При любом пластическом деформировании общая деформация складывается из упругой и остаточной

3. Закон остаточных напряжений. При обработке давлением одноВнродная пластическая деформация практически не имеет места, хотя при решении она принимается равномерной. Неоднородность деформаВнций обусловлена контактным трением, неравномерным распределением температур, неоднородностью химического состава и механических свойств, формой деформируемого тела и деформирующего инструмента. При неравномерной деформации отдельные зерна деформируются по-разному. Однако благодаря связи между собой они не могут самостоятельно изменять размеры. В результате взаимного влияния возВнникают напряжения со стороны более деформированных участков, коВнторые будут увеличивать деформацию менее деформированных участков и наоборот. Эти напряжения называются дополнительными. ДополниВнтельные напряжения бывают трех видов:

напряжения первого рода - напряжения, уравновешиВнвающиеся между отдельными частями тела,

напряжения второго рода - напряжения уравновешивающиеся между отдельными зернами,

напряжения третьего рода - напряжения уравновешивающиеся между отдельными элементами зерна.

После снятия деформирующего усилия дополнительные напряжения остаются в металла; в этом случае их называют остаточными, их характеристика аналогична характеристике дополнительных напряжеВнний. Остаточные напряжения можно полностью или частично снять при

нагреве металла: при температуре возврата снимают остаточные напряжения первого рода, при температурах выше температуры возВнврата и ниже температуры рекристаллизации снимают остаточные напряжения второго и первого родов* при температуре рекристаллиВнзации снимают остаточные напряжения третьего, второго и первого родов.

Механическим путем можно уменьшить статочные напряжения 1-го рода за счет равномерного деформирования.

4.2. Основные операции обработки давлением

Операции обработки давлением классифицируют в зависимости от используемого инструмента, оборудования, температуры обрабаВнтываемого металла и других признаков. В зависимости от применяемого инструмента, деформирующего металл, различают:

1) штамповую обработку,

2) бесштамповую обработку.

При штамповой обработке на машине используют специальный инструмент - штамп (отсюда и происходит название). С помощью штампа можно получать изделия одинаковых размеров. При бесштамповой обработке на машине используют универсальный деформирующий инструмент, позволяющий получать различные размеры изделий одинаковой формы (круглый, квадратный, прямоугольный пруток, лист, ленту). К операциям штамповой обработки относят:

1) операции холодной листовой штамповки,

2) операции холодной объемной штамповки,

3) операции горячей (листовой и объемной) штамповки. При операциях листовой штамповки исходная заготовка из лисВнтового металла и в процессе пластического деформирования ее толВнщина не меняется или изменяется незначительно. При операциях объемной штамповки размеры исходной заготовки значитально изменяВнются по трем направлениям. Основными операциями бесштамповой обработки являются:

1) прокатка,

2) волочение. Операции холодной листовой штамповки делятся на три основные группы:

1) разделительные,

2) формообразующие,

3) комбинированные.

К разделительным операциям листовой штамповки относят: отрезВнку, разрезку, обрезку, вырезку, надрезку, просечку, вырубку, проВнбивку, зачистку и калибровку и др.

При разделительных операциях происходит отделение полное (отрезка, разрезка, обрезка, вырезка, вырубка, пробивка, зачистВнка, калибровка) или частичное (надрезка, просечка) металла от исходной заготовки.

Результатом этих операций являются или готовые детали или загоВнтовки, используемые для последующей обработки.

К формообразующим операциям относят: гибку, вытяжку, отбортовку, обжим, формовку и др.

При формообразующих операциях исходная плоская заготовка дефорВнмируется в пространственную деталь. При этом плоская заготовка или локально (гибка, отбортовка, обжим, формовка) или полностью (вытяжка) деформируется.

К комбинированным операциям относят - различные комбинации одновременно выполняемых в одной или нескольких позициях штампа различных операций.

Операции холодной объемной штамповки: выдавливание, высадка, чеканка и калибровка, накатка резьб и зубчатых колес и др.

4.3. Материалы, применяемые в холодной штамповке

В холодной штамповке применяют разнообразные как металличесВнкие, так и неметаллические материалы. Наиболее широко применяют следующие металлы и их сплавы: железо, медь, алюминий, магний, цинк, никель, титан; обрабатывают штамповкой и менее распростВнраненные металлы и их сплавы: молибден, тантал, кобальт, бериллий, цирконий, золото, серебро, платину и др.

Неметаллические штампуемые материалы разделяют на две группы. К первой группе относят: бумагу, картон, прессшпан, кожу, фетр, войлок, резину и прорезиненную ткань, хлопчатобумажные и шерстяВнные ткани и другие прокладочные материалы. Ко второй группе отВнносят конструкционные, электроизоляционные и теплоизоляционные материалы: 1) слоистые пластмассы - текстолит, гетинакс, стекло- текстолит, асботекстолит, фибра, древеснослоистые пластики и др.,

2) блочные пластмассы - органическое стекло, целлулоид, винилласт, поливинилхлорид, полиэтилен, 3) асбестовые изделия - бумага асВнбестовая, картон асбестовый, гидроизол, паронит, асбометалличес- кое армированное полотно, 4) слюда и миканиты: слюда (мусковит, флагонит, биотит), миканиты (коллекторный, прокладочный, формовочВнный и гибкий).

Номенклатура марок материалов и сортамент (форма и размеры) установлены соответствующими Гостами. Наиболее распространенными являются различные сортаменты черных и цветных металлов в виде листов, лент, полос, круглых, квадратных и шестигранных прутков. В последние годы созданы новые листовые материалы стальные и алюВнминиевые листы, покрытые цветной пластмассой толщиной 0,36 мм.

Технологические свойства металла для штамповки характеризуют: механические характеристики, химический состав, структура и веВнличина зерна, анизотропия, точность размеров заготовок.

Механические свойства металла характеризуют в основном: а)прочностными показателями-пределом текучести (бт , пределом прочВнности бв , б) пластическими показателями - относительным удлиВннением д и относительным сужением. В зависимости от условий раВнботы назначения и технологии штамповки к штампуемому материалу

предъявляют определенные механические и технологические

требования. При разделительных операциях металлы с высоким предеВнлом текучести дают чистый срез; для формообразующих операций (гибки, вытяжки) желателен низкий предел текучести - это способВнствует уменьшению упругой деформации после штамповки. Особенно это важно для операций гибки, где большой объем упругодеформируемого металла. Вытяжка листового металла успешно протекает при большом относительном удлинении (δ>28%) и малом отношении предела текучести к пределу прочности - бт/бв<0,65. Выбранный материал должен также обеспечивать возможность выполВннения последующих технологических операций отделки, сборки и т.д.

Химический состав сильно влияет на механические свойства маВнтериала. Для регламентирования механических характеристик к химВнсоставу для штампуемых сталей предъявляют жесткие требования.

Структура в большой степени влияет на механические свойства материала. В сталях структурное состояние углерода (феррит, перВнлит, цементит) определяет пригодность к штамповке. Наиболее блаВнгоприятна для штамповки структура феррита или структура феррита и зернистого перлита.

Величина зерна и однородность его оказывают большое влияние на штампуемость. Неоднородность зерна вызывает неравномерную деВнформацию объема металла и является причиной разрывов при вытяжке. Рекомендуют величину зерна 0,026-0,057 мкм, при величине зерна менее 0,018 мкм сталь хуже деформируется - при вытяжке возникают трещины и гофры, при гибко значительное пружинение. При разделиВнтельных операциях качество поверхности скола определяется величиВнной зерна, при вытяжке и гибко ухудшение шероховатости тем больВнше, чем больше величина зерна.

Анизотропия увеличивает количество операций при вытяжке при гибко увеличивает минимальную величину радиуса гибки, при вырубВнке - пробивке уменьшает точность размеров.

Точность размеров заготовки оказывает влияние на точность изготовления деталей.

4.4. Холодная листовая штамповка

Виды заготовок. Для листовой штамповки используют заготовки в виВнде листа, полосы, ленты или профилей различного поперечного сечеВнния: труба, уголок, двутавр и т.д.

Раскрой материала. Раскрой материала - это способ расположения деталей (заготовок) в ленте, полосе или на листе с целью рациВнонального использования исходного материала.

Раскрой полосы (ленты). В зависимости от требований по точности различают три типа раскроя: а) с отходами перемычками, б) с часВнтичными отходами, в) без отходов.

Раскрой с отходами (рис.7a) применяют для изготовления деталей повышенной точности (8-13 квалитет), а также для деталей сложной конфигурации, раскрой с частичными отходами (рис.7б) и без отходов (рис.7в) применяют для простых по форме детаВнлей низкой точности. Перемычки между деталями и краем определяют по таблицам в зависимости от толщины и конфигурации детали. Применяют по указанным схемам однорядный и многорядный раскрой. Нужную ширину полосы (ленты) получают путем резки листа (рулона) на полосы (ленты).

Раскрой листа (ленты). При раскрое листа нужно стремиться к полуВнчению целого числа полос, длина которых равна шагу подачи. ПредВнпочтительным является продольный раскрой (рис.8а) увеличивающий произвоВндительность труда за счет меньшего количества заправок полос в штамп. Для уменьшения отхода по некратности длины полосы примеВнняют поперечный и комбинированный раскрой листа (рис.8б,в). При раскрое ленты следует предусматривать у краев припуск 2-3 мм для удаления смятых при транспортировке торцов.

Рациональным считается раскрой, для которого получают наибольВнший коэффициент использования материала

N=(n*Fд)/B*A

где n - число деталей в полосе или ленте,

Fд - площадь детали, мм², B,A - ширина и длина полосы, ленты или листа, мм.

Разделительные операции

Общие сведения.

Различают разделительные операции: 1) со значительной шириной отделяемого металла (более двух толщин) - резка, вырубка, проВнбивка, вырезка, надрезка и др., и 2) операции с небольшой шириВнной отделяемого металла (менее 0,5 толщина - зачистка, калибВнровка. Механизмы разделения в этих случаях различны.

Первая группа операций применяется для разделения листов и лент с целью получения деталей или заготовок для последующей штамВнповки. Вторая группа операций - с целью отделки - повышения качеВнства деталей

Резка. Механизм разделения операций резки, вырубки, пробивки и др. одинаков. Процесс резания - деформирования заготовки протекает в три этапа:

1) упругая и начало пластической деформации,

2) пластическая деформация, сопровождающаяся пластическим врезанием ножей в материал заготовки,

3) разделение металла, происходящее после исчерпания пластической деформации путем скола.

При упругой деформации (1 этап) происходит упругое сжатие и изВнгиб, свободные концы заготовки при этом поворачиваются на некотоВнрый угол. При пластической деформации (2 этап) врезаются ножи в разделяемый металл, качество поверхности разделения при этом заВнвисит в значительной мере от качества задней поверхности ножей. После исчерпания пластической деформации металла наступает сдвиг (скол) металла (3 период). У режущих кромок ножей образуются трещины скола металла. Эти трещины располагаются под некоторым углом к направлению движения ножей. Для качественного среза они должны встретиться.

Следовательно, для обеспечения качественного среза между ножами должен быть определенный зазор Z Опытные данные показывают, что величина зазора должна быть в пределах Z = (0,05-0,20)S (S - толщина металла).

Шероховатость поверхности среза соответствует Ra = 2,5-0,32 мкм, шероховатость поверхности скола - Rz = 16,0-20,0 мкм (рис.9д).

рис. 9

Напряжения и деформации в плоскости листа распространяются вдоль линии резки по обе стороны примерно на полосе шириной окоВнло одной толщины металла (рис.10).

Из этих данных следует, что при ширине отрезаемой полосы или ленты равной или менее двух толщин поперечное сечение будет знаВнчительно искажено.

Под действием силы резания возникает опрокидывающий момент, поворачивающий лист. Для предотвращения поворота листа применяют прижим.

Основные технологические параметры кроме зазора, точности и шероховатости поверхности - усилие и работа резки; они определяВнются по формулам:

p=бв*s*L н/(кгс) (2)

A=(p*s*a)/1000 нм(кгс) (3)

где бв - предел прочности разрезаемого металла н/м2 (кгс/мм2),

S - толщина металла (мм), L - периметр резки (мм), a - коэффициент, равный 0,5-0,6.

Усилие и работа необходимы для подбора оборудования (ножниц).

Для резки листового металла применяют различные типы ножниц: 1) ножницы с параллельными прямыми ножами, 2) ножницы с наклонныВнми прямыми ножами, 3) ножницы с многодисковыми ножами, 4) ножницы с парнодисковыми наклонно поставленными ножами и др. (рис.9а-г), а также штампы.

Ножницы с параллельными, наклонными и многодисковыми ножами применяют для прямолинейной резки; ножницы с парнодисковыми наклонными ножами - для криволинейной резки и вырезки по замкнутому контуру. Ножницы с параллельными и наклонными ножами применяют для резки листов, ножницы с многодисковыми ножами - для резки лент. Для выбора ножниц усилие рассчитывают по формулам:

а) для ножниц с параллельными ножами - по формуле (2)

б) для ножниц с наклонными ножами

P=(1/2)*(бв*S2)/tgL (4)

в) для многодисковых ножниц

*

P=0,4*m*(бв*S2)/tga

где бв - предел прочности материала, н/м2(кгс/мм2),

S - толщина материала, мм, L - угол наклона ножей, град, α (альфа) -угол захвата материала дисками, град, м - число пар ножей.

Точность резки по ширине зависит от толщины и ширины отрезаВнемой заготовки; более высокая точность резки на штампах, затем на многодисковых ножницах, затем на параллельных ножницах и наиВнболее низкая - на ножницах с наклонными ножами. Точность резки на ножницах определяется по справочным таблицам в зависимости от ширины и толщины разрезаемого металла. Ориентировочно она оцениВнвается 12-14 калитетом точности.

Технологические требования (технологичность). 1) Ширина отделяемой части металла должна быть или равна двум толщинам материала.

2) Точность резки по ширине - 12-14 квалитет. Она уточняется по справочнику в зависимости от применяемого оборудования и толщины материала.

3) Шероховатость поверхности среза по толщине неоднородна - от Rz = 160-20 мкм в зоне скола до (Ra = 2,5-0,32 мкм в зоне среза. Вырубка и пробивка. При вырубке и пробивке происходит отделение металла по замкнутому контуру; при вырубке отделенная часть - явВнляется деталью, при пробивке - отходом. Схема процесса показана на рис.11

Механизм разделения со всеми его особенностями не отличаются ничем от механизма разделения при резке. Напряжения пластического дефорВнмирования распространяются на величину равную (0,6-0,7) толщины металла (рис.10), как и при резке.

В отличие от резки изгибающий момент при вырубке - пробивке приложен по замкнутому контуру к заготовке, находящейся внутри и вне контура резки, что приводит также к изгибу вырубаемой и проВнбиваемой заготовки - детали. При равномерном сопротивлении изгибу, что достигается соответствующим расстоянием от контура резки до края заготовки (перемычке), получают нормальное качество поверхВнности разделения. При малой перемычке ча6ть металла втягивается в зазор между режущими кромками и в этом случае, как и при больВншом зазоре, получают заусенцы. Под действием изгибающего момента обе части заготовки получают остаточный прогиб, для получения плоской детали необходима дополнительная операция плоскостной правки. Величина зазора здесь также влияет на качество разделения. При нормальном зазоре Z = (0,05-0,20)S получают наилучшее качество поверхности разделения - в зоне среза параметр шероховаВнтости Ra = 2,5-0,32 мкм, в зоне скола параметр шероховатости Rz= 80-20 мкм, при увеличенном зазоре шероховатость поверхности разделения такая же как и при нормальном зазоре, и кроме этого возникает заусенец; при уменьшенном зазоре поверхности скола не могут соединиться и поэтому параметр шероховатости ниже Rz =320 мим в зоне двойного скола - среза (рис.12). Точность размеров при вырубке - пробивке зависит от толщины материала, формы и разВнмеров заготовки.

Точность круглого контура находится в пределах 11-14 квалитета. Для конкретных условий уточняется по справочнику. Так как загоВнтовка в процессе вырубки-пробивки прогибается, то применение приВнжима заготовки увеличивает точность размеров.

Усилие и работа, необходимые для выбора оборудования опредеВнляют по формулам (2) и (3).

Для выполнения операций вырубки-пробивки используют механичеВнские - кривошипные прессы. Прессы могут быть оснащены устройствами для автоматической подачи ленты или полосы, автоматическими устВнройствами выталкивания детали из верхней и нижней части штампа, для удаления отходов и деталей под действием сил веса изготовляют прессы с наклоняемой станиной.

Основной инструмент для вырубки и пробивки - штамп, который устанавливается на пресс. Размеры штампа должны вписываться в рабочее пространство пресса - размеры стола пресса и быть не боВнлее наименьшего расстояния от ползуна пресса до стола. Типовая конструкция штампа для серийного и массового производства деталей без прижима изображена на рис. 13 Любой штамп состоит из следующих основных деталей: 1 - формообразующих деталей - пуансона (1), матрицы (2), П - деталей ориентирующих заготовку относительно рабочих деталей

- направляющих (3) или фиксатора,

Ш - деталей ориентирующих рабочие детали друг относительно друга- направляющих колонок (4) и направляющих втулок (5),

1У - деталей, снимающих отход или заготовку с пуансона - съемВнника (6),

У - корпусных деталей штампа - верхней плиты (7), нижней плиты

(8),

У1 - деталей, обеспечивающих крепление штампа к прессу - хвостоВнвика (9), прижимных планок, прокладки, болтов с гайками, УП - крепежных деталей для крепления всех деталей в штампе -винтов,

штифтов, болтов и др.

Технологичность деталей, получаемых вырубкой и пробивкой определяВнется прочностью рабочих частей штампа и технологическим процессом штамповки.

1. Плоские детали должны иметь простую конфигурацию, острые углы, узкие прорези и выступы снижают стойкость штампов и усложВнняют их изготовление.

2. При применении цельных матриц, вырубка с перемычками, проВнбивке выполнять плавное сопряжение пересекающихся элементов конВнтура детали (рис.14a). Минимальные радиусы сопряжения углов: при α>90В° R=(0,25-0,35)S , при a<90В° R=(0,5 - 0,6)S - для металлов, для неметаллических материалов эти раВндиусы больше из-за малой прочности штампуемого материала.

3. При составных матрицах и при безотходной штамповке пересеВнкающиеся элементы контура не сопрягают.

4. Минимальные размеры отверстий, пробиваемые в штампах норВнмальной конструкции: круглых d=(1-1.5)S , квадратных a = (0,9-1,4)S , прямоугольных b = (0,7-1,2)S , овальных c = (0,6-1,1)S для сталей в зависимости от прочности ( бв = 50-70 кгс/мм2) (рис. 14б).

5. Для пробивки отверстий диаметром до 1/3S , применяют спеВнциальные штампы.

6. Минимальные расстояния между раздельно пробиваемыми отверстиями круглой и прямоугольной формы a1>(1-1,2)S (рис.14в).

7. Минимальное расстояние между пробиваемым отверстием и ранее полученным контуром детали a2>(0,7-0,9)S (рис.14в).

8. Минимальное расстояние между одновременно пробиваемыми отверстиями равно двум-трем толщинам металла. *

9. Точность размеров определяется в зависимости от толщины штампуемого металла и конфигурации детали, для круглых контуров она находится в пределах 11-14 квалитета.

10. Шероховатость поверхности среза по толщине неоднородна: в зоне среза Rа = 2,5-0,32 мкм, в зоне скола - Rz=80-20 мкм. Технологический маршрут вырубки*пробивки:

а) вырубка - укладка полосы в штамп и установка ее до упора, вырубка детали, удаление детали из штампа (и подача полосы на шаг),

- галтовка (для снятия заусенцев),

- рассортировка деталей и абразивов,

- контроль,

б) пробивка - укладка заготовки в штамп,

- пробивка детали,

-удаление детали из штампа,

- контроль.

Чистовая вырубка и пробивка

Чистовую вырубку и пробивку применяют для исключения недостатков вырубки-пробивки: получения перпендикулярности поверхности среза плоскости детали, устранения прогиба, получения шероховатости поВнверхности с параметром Ra = 2,5-0,32 мкм и точности 6-9 квали-

тета.

Зачистка

Зачистка и калибровка применяются для тех же целей, что и чистоВнвая вырубка и пробивка, т.е. достижения перпендикулярности поверхности среза плоскости листа, шероховатости Rа = 2,5-0,32 мкм, точности 8-9 квалитета. Зачистка (калибровка)производится на раВннее полученных вырубкой (пробивкой) заготовках. В этом случае после правки с обрабатываемой поверхности снимают небольшой слой материала - припуск.

Зачистка выполняется по наружному или внутреннему контуру заготовВнки. Минимальная величина припуска на зачистку равна зазору между пуансоном и матрицей при вырубке или пробивке (рис.15). ЗаВнчистку применяют для деталей с периметром до 300 мм и толщиной до 10 мм. Зачистка выполняется за один проход для деталей толщиВнной менее 5 мм с плавным очертанием наружного контура. МногократВнную зачистку применяют для деталей толщиной более 5 мм и для деВнталей со сложной конфигурацией наружного контура независимо от толщины. Качество зачистки зависит от величины припуска и распреВнделения его по периметру, а при многократной зачистке от распреВнделения по переходам.

Применяют также зачистку обжатием в матрице с заваленными кромками, припуск в этом случае составляет 0,04-0,06 мм.

Формообразующие операции

Гибка. Гибка - это формообразующая операция, при которой изменяетВнся кривизна в одном или нескольких участках заготовки.

Изменение кривизны может происходить только при переменных деформациях по толщине; эти переменные деформации вызваны переВнменными напряжениями по толщине. Гибка производится под действиВнем силы, момента или одновременно силой и моментом. Наиболее часВнто используется гибка силой (рис.16а).

Исследование процесса гибки показывает, что по толщине напряВнжения и деформации не только постепенно изменяются, но и различны

по знаку: в участках, прилегающих к матрице, возникают растягивающие напряжения и деформации растяжения, а участках, прилегающих к пуансону, напряжения и деформации сжатия, что приводит к изменению поперечного сечения (рис.16б). Между этими участками нахоВндятся слои с напряжениями и деформациями равными нулю. В общем случае, слои нулевых напряжений и деформаций (нейтральные слои) не совпадают. Практическое значение имеет положение нейтрального радиуса деформаций, определяемого по формуле

r1=r+x*s (6)

где r- радиус пуансона, S - толщина металла, x- коэффциент смещения нейтрального от серединного слоя, определяемой в зависимости от отношения r/s, при r/s = 0,5 x=0,3 при r/s = 10, x=0,5. В дальнейшем r1используется для опредеВнления размеров заготовки.

В процессах гибки большое значение имеет радиус гибки. ВелиВнчина его ограничивается минимальным радиусом. Минимальный радиус гибки определяется из условия отсутствия разрушения металла в зоне растяжения. Минимальная величина этого радиуса зависит от пластиВнческих свойств материала и толщин заготовки. Для материалов средВнней пластичности ( δ = 15-20%) минимальный радиус гибки (пуансоВнна) ориентировочно равен 0,5 * Для конкретных материалов (усВнловий*) уточняется по таблицам. Чем более пластичный металл, тем меньше минимальный радиус гибки и наоборот. Минимальный радиус гибки зависит и от расположения линии гибки относительно направВнления проката (расположения волокон макроструктуры); при паралВнлельных линию гибки и направлении проката - минимально допустиВнмый радиус больше, чем при взаимноперпендикулярном расположении направления проката и линии гибки, когда получают наименьшую величину минимально допустимого радиуса гибки. При промежуточной величине угла наклона линии гибки к направлению проката надо брать промежуточные значения радиуса гибки, пропорциональные веВнличине угла. Для предупреждения образования отпечатков на полочВнках детали необходимо назначать на кромках матрицы, по которым втягивается материал, радиус не менее трех толщин.

Так как напряжения и деформации по толщине неодинаковы по веВнличине и знаку, то на основе закона о разгрузке, происходит уменьВншение растянутой части, и увеличение размера сжатой части заготовВнки. Это приводит к упругому изменению угла гибки - пружинению, приводящему к уменьшению угла гибки (рис.17). Одновременно происходит и увеличение радиуса гибки.

Пружинение зависит от относительной величины радиуса пуансона r/s , материала детали, угла гибки и других факторов. Величина пружинения для данных условие гибки постоянна. Величина пружинения может быть уменьшена путем сжатия (правки) детали в штампе. При радиусах гибки менее r/s<2изменение радиуса по величине незнаВнчительно и поэтому его не учитывают.

Растягивающие и сжимающие напряжения и деформации гибки вследВнствие закона о дополнительных напряжениях, возникают и в прямолиВннейных участках, прилегающих к криволинейным, распространяются на расстояние до двух толщин материала от линии сопряжения криволиВннейного участка с прямолинейным. Ус

Вместе с этим смотрят:

11-этажный жилой дом с мансардой

14-этажный 84-квартирный жилой дом

16-этажный жилой дом с монолитным каркасом в г. Краснодаре

180-квартирный жилой дом в г. Тихорецке

2-этажный 3-секционный 18-квартирный жилой дом в г. Мирном