13. Листовая штамповка

Листовой штамповкой изготовляют разнообразные плоские и пространственные детали массой от долей грамма и размерами, исчисляемыми долями миллиметра (стрелки ручных часов), и детали массой в десятки килограммов и размерами в несколько метров (облицовка самолетов).

Для деталей, получаемых листовой штамповкой, характерно то, что толщина стенок незначительно отличается от толщины исходной заготовки.

В качестве заготовки при листовой штамповке используют полученные прокаткой лист, полосу или ленту, свернутую в рулон. Толщина заготовки при листовой штамповке обычно не более 10 мм (редко – до 20 мм и более).

К преимуществам листовой штамповки относятся возможность получения деталей минимальной массы при заданных их прочности и жесткости; достаточно высокие точность размеров и качество поверхности; простота механизации и автоматизации процессов штамповки, обеспечивающая высокую производительность.

Как правило, при листовой штамповке пластические деформации получает лишь часть заготовки.

Операцией листовой штамповки называется процесс пластической деформации, обеспечивающий характерное изменение формы определенного участка заготовки. Различают формоизменяющие операции, в которых заготовка не должна разрушаться в процессе деформирования, и разделительные операции, в которых этап пластического деформирования завершается разрушением.

Операции листовой штамповки.

О трезка – 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 (гильотинные);

- ножницы с вращательным движением режущих кромок – дисковые ножницы.

Для уменьшения силы резания режущие кромки в ножницах с поступательным движением ножа наклонены друг к другу под углом 1…5⁰. 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 не ограничена 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.

Качество поверхности среза зависит от зазора z между режущими кромками [z=(0,03…0,05)S, где S – толщина листа] и отсутствии притупления режущих кромок. Сила отрезки пропорциональна срезаемой в данный момент площади заготовки.

П ри вырубке и пробивке (рисунок слева) характер деформирования заготовки одинаков. Эти операции отличаются только назначением. Вырубкой оформляют наружный контур детали, а пробивкой – внутренний контур.

Вырубку и пробивку осуществляют металлическими пуансоном и матрицей. Пуансон вдавливает часть заготовки в отверстие матрицы. В начальной стадии деформирования происходят врезание режущих кромок в заготовку и смещение одной части заготовок относительно другой без видимого разрушения.

При определенной глубине внедрения режущих кромок в заготовку у режущих кромок зарождаются трещины, быстро проникающие в толщу заготовки. При хорошей отладке инструмента трещины встречаются, и происходит разделение заготовки. Поверхность среза состоит из блестящего пояска, образующегося от внедрения режущих кромок до появления трещины, и наклонной шероховатой поверхности разрушения в зоне прохождения трещин.

14 Гибка – операция, изменяющая кривизну заготовки практически без изменения ее линейных размеров. 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 сжимаются. У середины заготовки (по толщине) находятся слои, деформация которых равна нулю.

Деформация растяжения наружного слоя ограничена возможностью образования трещин. Это обстоятельство ограничивает минимальные радиусы r_min, исключающие разрушение заготовки. В зависимости от пластичности материала r_min=(0,1…2)S.

При снятии внешних сил, вызывающих изгиб заготовки, растянутые слои стремятся сжаться, а сжатые – растянуться, Благодаря этому при разгрузке изменяются углы между полками (пружинение при гибке).

При гибке в штампах можно одновременно изменять кривизну на нескольких участках по длине заготовки, оставляя другие участки прямолинейными.

Д етали, изогнутые в нескольких плоскостях, обычно изготовляют последовательным деформированием заготовки в нескольких штампах.

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

Исходную заготовку 2 укладывают на плоскость матрицы 1. Пуансон 3 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 _р, втягивающие фланец в отверстие матрицы, и сжимающие напряжения _, действующие в тангенциальном направлении и уменьшающие диаметральные размеры заготовки. При определенных размерах фланец может потерять устойчивость под действием сжимающих напряжений, что приведет к образованию складок. Складки могут появиться, если (D-d)>(18…20)S.

Для предотвращения появления складок применяют прижим 5.

Растягивающие напряжения на наружной кромке заготовки равны нулю 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 величины временного сопротивления материала заготовки, то заготовка у донышка разрушится и вытяжка окажется невозможной. Т.о. без разрушения можно вытягивать заготовки с ограниченной шириной фланца. Формоизменение при вытяжке оценивают коэффициентом вытяжки k=D/d. В зависимости от механических свойств металла и условий вытяжки максимально допустимые значения k=1,6…2,1.

Вытяжка с утонением стенки увеличивает длину полой заготовки в основном за счет уменьшения толщины стенок исходной заготовки.

П ри вытяжке с утонением (рисунок слева) зазор между пуансоном 3 и матрицей 1 должен быть меньше толщины стенки, которая, сжимаясь между поверхностями пуансона и матрицы, утоняется и одновременно удлиняется. Вытяжку с утонением применяют для получения деталей с толщиной донышка, большей толщины стенок.

При вытяжке с утонением стенки ее толщина за один переход может быть уменьшена в 1,5…2 раза.

Отбортовка – получение бортов (горловин) путем вдавливания центральной части заготовки с предварительно пробитым отверстием в матрицу (рисунок слева: 1 – изделие, 2 – заготовка, 3 – пуансон, 4 – матрица).

При отбортовке кольцевые элементы в очаге деформации растягиваются, причем больше всего увеличивается диаметр кольцевого элемента, граничащего с отверстием. Допустимое без разрушения увеличение диаметра отверстия при отбортовке составляет k=d_б/d₀=1,2…1,8 в зависимости от механических свойств материала заготовки, а также от ее относительной толщины S/d₀ (d_б- диаметр отверстия после отбортовки, d₀ – до отбортовки).

Диаметр отверстия под отбортовку определяют по формуле:

,

- наружный диаметр борта; - радиус закругления матрицы; S – толщина заготовки; h – высота борта.

О бжим – операция, при которой уменьшается диаметр краевой части полой заготовки в результате заталкивания ее в сужающуюся полость матрицы (рисунок слева: 1 – изделие, 4 – матрица, 5 – подставка-упор).

Допустимое уменьшение диаметра при обжиме ограничивается появлением продольных складок в обжимаемой части заготовки или поперечных кольцевых складок в ее недеформированной части. Обычно за один переход можно получить d_изд=(0,7…0,8)D_заг.

Ф ормовка (рисунок слева) – операция, при которой изменяется форма заготовки в результате растяжения отдельных ее участков. Толщина заготовки в этих участках уменьшается. Формовкой получают местные выступы на заготовке, ребра жесткости и т.п.

Формовка производится в штампах, аналогичных вытяжным штампам, с увеличенной силой прижима до такой степени, что зажатая часть листа не подвергается деформации.