3.3.6. Листовая штамповка

Листовая штамповка —это способ изготовления плоских и объемных изделий из листовой заготовки. (Листовой называют заготовку, у которой толщина значительно меньше размеров в плане.) В качестве заготовки используют полученные прокаткой лист, полосу или ленту, свернутую в рулон. Толщина заготовки при холодной штамповке не более 10 мм. Детали из заготовок толщиной более 20 мм для уменьшения усилия деформирования штампуют с нагревом до ковочных температур (горячая листовая штамповка).

Листовую штамповку широко применяют в различных отраслях промышленности. Таким образом изготовляют плоские и пространственные детали массой от долей грамма и размерами, исчисляемыми долями миллиметра (например, секундная стрелка ручных часов), и детали массой в десятки килограммов и размерами, составляющими несколько метров (облицовка автомобиля, самолета, ракеты).

Для деталей, получаемых листовой штамповкой, характерно то, что толщина их стенок незначительно отличается от толщины исходной заготовки. При изготовлении листовой штамповкой пространственных деталей заготовка обычно испытывает значительные пластические деформации. Это обстоятельство вынуждает предъявлять к материалу заготовки достаточно высокие требования по пластичности.

Листовой штамповкой обрабатывают низкоуглеродистую сталь, пластичные легированные стали, медь, латунь, алюминий и его сплавы, магниевые сплавы, титан и др. Таким же образом получают плоские и пространственные детали из листовых неметаллических материалов, таких, как кожа, органическое стекло, фетр, текстолит, гетинакс и др.

Достоинства листовой штамповки следующие:

• высокие точность и стабильность размеров, а также качество поверхности изделий, позволяющие до минимума сократить отделочные операции обработки резанием, а значит получить экономию металла;

• возможность получения деталей минимальной массы при заданной их прочности и жесткости;

• возможность полной механизации и автоматизации процесса;

• высокая производительность (до 40 тысяч деталей в смену);

• хорошая приспособляемость к масштабам производства (листовая штамповка экономически целесообразна и в массовом, и в мелкосерийном производстве).

Процессы листовой штамповки заключаются в выполнении в определенной последовательности различных фаз изготовления детали, при которых происходит изменение формы заготовки. Эти фазы называются операциями.

Основные операции листовой штамповки делятся на разделительные (пластическое деформирование завершается разрушением заготовки), и формообразующие (заготовка в процессе деформирования не разрушается, а только изменяет свою форму).

3.3.6.1. ОПЕРАЦИИ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ

3.3.6.1.1. РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ

К разделительным операциям листовой штамповки относят отрезку, вырубку, пробивку, надрезку и обрезку. Все они сопровождаются разрушением металла по определенным поверхностям.

О

Рис. 3.92. Схемы ножниц:

а- гильотинные, б- дисковые

трезка —полное отделение части заготовки по незамкнутому контуру в результате сдвига. Отрезку осуществляют на специальных машинах - ножницах и в штампах. Отрезку чаще всего используют как заготовительную операцию для разделения листа на полосы заданной ширины. Основные типы ножниц - ножницы с поступательным движением режущих кромок ножа (рис. 3.92, а) и вращательным движением режущих кромок - дисковые ножницы (рис. 3.92, б). Для уменьшения усилия резания режущие кромки в ножницах с поступательным движением ножа наклонены друг к другу под углом 1 - 5° (гильотинные ножницы). Лист подают до упора, определяющего ширину отрезаемой полосыb.Длина отрезаемой полосыLне должна превышать длины ножей.

При отрезке на дисковых ножницах длина отрезаемой полосы не ограничивается размерами инструмента. Вращение дисковых ножей обеспечивает не только разделение заготовки, но и ее подачу за счет сил трения. Прямолинейность линии отрезки на дисковых ножницах обеспечивается соприкосновением разделяемых частей заготовки с плоскими поверхностями ножа.

Качество поверхности среза зависит от зазора bмежду режущими кромками (b= (0,03 … 0,05)S,гдеS- толщина листа) и отсутствия притупления режущих кромок. Усилие отрезки пропорционально срезаемой в данный момент площади заготовки.

П

Рис. 3.93. Схема пробивки (вырубки):

1- пуансон, 2- заготовка, 3- матрица

ри вырубке и пробивкехарактер деформирования заготовки одинаков. Заключается он в полном отделении фрагмента листовой заготовки по замкнутому контуру. Эти операции отличаются только назначением. При вырубке отделяемая от листовой заготовки часть является деталью. Оставшийся после обработки лист с отверстием представляет собой отход (высечку). При пробивке в листовой заготовке оформляют сквозное отверстие с удалением части материала в отход (выдру). Оставшийся после обработки лист с отверстием представляет собой в этом случае уже деталь. Вырубку и пробивку обычно осуществляют металлическими пуансоном и матрицей (рис. 3.93). Работают они как ножи замкнутой формы. Пуансон вдавливает часть заготовки в отверстие матрицы. Для получения качественной поверхности среза рабочие кромки пуансона и матрицы должны быть острыми. В начальной стадии деформирования происходит внедрение режущих кромок в заготовку и смещение одной ее части относительно другой без видимого разрушения. При определенной глубине внедрения режущих кромок в заготовку у их острия зарождаются трещины, быстро проникающие в толщу заготовки. Эти трещины наклонены к оси инструмента под углом 4 … 6°. Если эти трещины встречаются, то поверхность среза получается ровной, но наклоненной. Если трещины не встречаются, то на поверхности среза появляется заусенец, ухудшающий ее качество и способствующий разрушению детали при последующей ее работе. Вблизи поверхности среза образуется зона наклепанного металла. Это затрудняет последующую штамповку вырубленных заготовок, повышает магнитные потери в электротехнической стали, особенно в высоких узких зубцах роторов электрических машин. При необходимости наклеп устраняют отжигом или наклепанный слой удаляют обработкой резанием.

Детали повышенной точности с чистым и перпендикулярным срезом получают чистовой вырубкой и пробивкой с прижимом. Сущность процесса заключается в создании дополнительного усилия сжатия заготовки при помощи прижима 2 (рис. 3.94). При этом в зоне деформации сдвига происходит объемное сжатие, скалывающие трещины не возникают и срез получается чистым по всей толщине заготовки. Чистовой вырубкой изготовляют плоские кулачки, зубчатые колеса, секторы, рейки, пластины постоянных магнитов и т. п.

В

Рис. 3.94. Вырубка (пробивка) с прижимом:

1- пуансон, 2- прижим, 3- заготовка, 4- матрица

озможность совпадения трещин, идущих от режущих кромок пуансона и матрицы, зависит от правильного выбора зазора между ними. Величина зазораzзависит от механических свойств штампуемого материала и толщины листаS, зазор приближенно составляет (0,05 … 0,1)S. Зазор при вырубке назначают за счет уменьшения размеров поперечного сечения пуансона, при пробивке - за счет увеличения отверстия в матрице. Усилия вырубки и пробивки прямо пропорциональны периметру среза, толщине листа и временному сопротивлению (пределу прочности) штампуемого материала.

Р

Рис. 3.95. Схема надрезки (а) и обрезки (б):

1- пуансон, 2- изделие, 3- матрица

азновидностями пробивки являютсянадрезка,представляющая из себя частичное отделение части заготовки по незамкнутому контуру, причем разделяемые части не теряют связи между собой. Целью операции является образование в штампованных деталях язычков, лапок и т. п. (рис. 3.95, а), а такжеобрезка(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). Используется чаще всего для выравнивания краев у полых деталей после вытяжки, отбортовки (рис. 3.95, б).

3.3.6.1.2. ФОРМОИЗМЕНЯЮЩИЕ ОПЕРАЦИИ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ

Формоизменяющие операции - гибка, вытяжка, отбортовка, обжим, раздача, рельефная формовка, ротационная вытяжка - выполняют благодаря пластическим деформациям металла без разрушения заготовок.

Г

Рис. 3.96. Профили, получаемые гибкой

ибкаявляется одной из наиболее распространенных формоизменяющих операций листовой штамповки, в результате которой получают самые разнообразные профили (рис. 3.96). Операция гибки заключается в изменении кривизны заготовки практически без изменения ее линейных размеров (рис. 3.97). При гибке пластически деформируется только участок заготовки в зоне контакта с пуансоном, при этом наружные слои (обращенные к матрице) растягиваются, а внутренние (обращенные к пуансону) - сжимаются. Участки, образующие полки детали, деформируются упруго. По середине толщины заготовки находится нейтральный слой (NN), не испытывающий ни сжатия, ни растяжения. В этой связи длину заготовки для деталей, получаемых гибкой, рассчитывают по средней линии.

П

Рис. 3.97. Схема гибки:

1- матрица, 2- заготовка, 3- пуансон

ри исчезновении внешних сил, вызывающих изгиб заготовки, растянутые слои стремятся сжаться, а сжатые слои - удлиниться. Благодаря этому при разгрузке изменяются углы между полками. Это явление называется пружинением или упругой отдачей при гибке. Величина угла пружинения зависит от механических свойств материала заготовки (отношения предела текучести к модулю упругости), от отношения радиуса гиба к толщине заготовкиr/Sи угла гиба α. С увеличением этих параметров значения угла пружинения возрастают. Наличие угла пружинения учитывают при проектировании гибочного инструмента. Для сталей угол пружинения находится в пределах 1 … 8°. Точность гибки повышают подчеканкой (сжатием) полок изделия между плоскостями пуансона и матрицы,а также дополнительным растяжением или сжатием заготовки при гибке. Величина деформации слоев металла заготовки не безгранична. В случае превышения такой характеристики пластичности, как относительное удлинение на поверхности заготовки в зоне деформации появляются трещины. Для предотвращения их появления минимальный внутренний радиус гибки назначают в пределах 0,1 … 2 толщины листового материала.

Гибку производят в штампах, а также вращающимися фигурными роликами, играющими роль матрицы, на профилегибочных станах. Ленты или полосы, проходя через несколько пар роликов, превращаются в гнутые тонкостенные профили, легкие, но жесткие и достаточно прочные. Применение гнутых профилей позволяет создавать рациональные конструкции с минимальной материалоемкостью.

В

Рис. 3.98. Изделия, полученные вытяжкой

ытяжка- получение полого изделия замкнутого контура из плоской или полой листовой заготовки. Вытяжкой получают детали из листа толщиной от 0,02 до 30 мм с размерами от десятых долей миллиметра до нескольких метров: элементы кузова легкового автомобилей, посуду, гильзы, колпачки, коробчатые детали и т. п. На рис. 3.98 представлены некоторые изделия, полученные вытяжкой.

Схема вытяжки для случая получения цилиндрического изделия типа «стакан» приведена на рис. 3.99. Процесс протекает следующим образом - круглую исходную листовую заготовку 4, диаметромDукладывают на плоскость матрицы 3. Пуансон 1 надавливает на центральную часть заготовки и смещает ее в отверстие матрицы диаметромd. Центральная часть заготовки тянет за собой периферийную часть (фланец) заготовки, и последняя, смещаясь в матрицу, образует стенки вытянутого изделия.

В

Рис. 3.99. Схема вытяжки

о фланце в радиальном направлении действуют растягивающие напряжения σ_ρ, втягивающие фланец в отверстие матрицы, и сжимающие напряжения σ_θ, действующие в тангенциальном направлении и уменьшающие диаметральные размеры заготовки. При определенных размерах фланец заготовки может потерять устойчивость под действием сжимающих напряжений σ_θ, что приведет к образованию складок (рис. 3.100), т.е. появлению брака.Складки могут появиться, если

(

Рис. 3.100. Потеря устойчивости фланца

D — d)> (18…20)S.

Для предотвращения появления складок применяют прижим 2 (см. рис. 99), прижимающий фланец заготовки к плоскости матрицы с определенной силой.

Растягивающие напряжения σ_ρот нулевого значения на наружной кромке заготовки возрастают до максимального значения на входе в матрицу и чем больше ширина фланца, тем больше растягивающие напряжения, действующие на входе в матрицу. Если растягивающие напряжения σ_ρдостигнут значения временного сопротивления материала заготовки, то заготовка у донышка разрушится.

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

Кроме ширины фланца, на растягивающее напряжение σ_ρ, действующее в опасном сечении заготовки, влияют радиусы скругления кромок матрицыr_Mи пуансонаr_П, а также силы трения, возникающие при перемещении заготовки относительно матрицы и прижима.

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, причем состав смазочного материала подбирают с учетом характеристик материала заготовки, коэффициента вытяжки и формы вытягиваемых деталей.

Высокие детали малого диаметра, при изготовлении которых требуется большое формоизменение заготовки, получают за несколько операций вытяжки (несколько переходов) с постепенным уменьшением диаметра полуфабриката и увеличением его высоты. В каждом из последующих переходов заготовкой служит полый полуфабрикат, полученный на предыдущем переходе вытяжки (рис. 3.101). Следует учитывать, что холодная деформация металла сопровождается его упрочнением, поэтому для предотвращения разрушения металла при последующих переходах вытяжки применяют промежуточный отжиг для устранения наклепа, или снижают коэффициент вытяжки k_Вдо значения 1,2 ... 1,4.

В

Рис. 3.101. Последующий переход операции вытяжки:

1- пуансон, 2- заготовка, 3- матрица

зависимости от формы и размеров инструмента, толщина стенок изделия при выполнении операции вытяжки может оставаться постоянной, а может изменяться, т.е. различают вытяжку без утонения стенок и с утонением ее.

Вытяжкой без утонениястенок получают полую деталь из листовой заготовки без изменения ее толщины (см. рис. 3.99).

При вытяжке без утонения стенки зазор z= (1,1 … 1,3)Sвыбирают из условия, при котором утолщенный край заготовки не должен утоняться сжатием между поверхностями пуансона и матрицы (стойкость инструмента при этом повышается). Практические рекомендации по проектированию технологических параметров вытяжки без утонения стенки приведены в приложении Л.

В

Рис. 3.102. Схема вытяжки с утонением стенки:

1- пуансон, 2- заготовка, 3- матрица

ытяжку с утонением стенок(рис. 3.102) применяют для получения деталей, у которых толщина донышка больше толщины стенок, а также тонкостенных деталей, получение которых вытяжкой без утонения стенки затруднительно в связи с опасностью складкообразования.

Величина зазора между матрицей и пуансоном при этом z= (0,65 ... 0,85)S. За один переход толщина стенки может быть уменьшена в 1,5 … 2 раза. Размер заготовки определяют из условия равенства объемов металла заготовки и изделия. При вытяжке с утонением стенки длина детали увеличивается, в основном, вследствие уменьшения толщины исходной полой заготовки. Прочность детали из-за наклепа в 2 … 3 раза превышает прочность заготовки.

Отбортовка -образование борта по внутреннему или наружному контуру листовой заготовки. Отбортовку применяют для изготовления кольцевых деталей с фланцами и для образования уступов в деталях с целью последующего нарезания в этом месте резьбы, сварки или сборки, а также для увеличения жесткости тонкостенных конструкций.

При отбортовке по внутреннему контуру заготовки образуется горловина за счет вдавливания центральной части заготовки с предварительно пробитым отверстием в матрицу (рис. 3.103).При этом металл в зоне деформации (по периметру отверстия) растягивается и становится при этом тоньше (утоняется). При исчерпании ресурса пластичности (удлинения периметра отверстия на величину, большую относительного удлинения для данного материала) вокруг отверстия появляются трещины.

Д

Рис. 3.103. Схема отбортовки:

1- пуансон, 2- заготовка, 3- матрица

опустимое формоизменение оценивают коэффициентом отбортовкиk_п = d_б /d_О,гдеd_б,d_Овнутренний диаметр борта и начальный диаметр отверстия под отбортовку. Коэффициент отбортовки зависит от механических характеристик металла заготовки, ее толщиныS, начального диаметра d_Ои не превышает величины 1,8.

На разрушение заготовки при отбортовке (появление трещин вокруг отверстия) влияет и метод получения отверстия. Если оно изготовлено при выполнении операции пробивки, то у его кромки образуется наклепанный слой (явление упрочнения при холодной пластической деформации). Прочность металла при этом повышается, пластичность снижается. Коэффициент отбортовки в этом случае не должен превышать 1,2. Большее увеличение диаметра можно получить, если заготовку отжечь перед отбортовкой или изготовить отверстие обработкой резанием (сверление с развертыванием), создающим меньшее упрочнение у края отверстия.

О

Рис. 3.104. Схема обжима:

1- матрица, 2- втулка, 3- заготовка

бжим —операция, при которой происходит местное уменьшение периметра поперечного сечения концевой части полой заготовки. Производится заталкиванием заготовки в сужающуюся полость матрицы (рис. 3.104). 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. Величина обжима за один переход составляет 20 … 30%. Если диаметр краевой части необходимо уменьшить на бóльшую величину, заготовку обжимают за несколько переходов. Толщина заготовки в очаге пластической деформации увеличивается, причем больше утолщается краевая часть заготовки.

Р

Рис. 3.105. Схема местной формовки

ельефная формовка —операция, при которой происходит местное деформирование заготовки для образования рельефа. Рельефная формовка осуществляется местным растяжением отдельных участков материала. Толщина заготовки в этих участках уменьшается. Формовкой получают конструкционные выступы и впадины, ребра жесткости и т. п. Часто вместо металлического пуансона или матрицы при выполнении этой операции применяют резиновую подушку (рис. 3.105).

Используя в определенной последовательности отдельные операции листовой штамповки, изготавливают разнообразные плоские и пространственные детали.

3.3.6.2. ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ

Операции листовой штамповки выполняются с помощью специализированного инструмента, называемого штампом (рис. 3.106). Он состоит из блоков деталей и рабочих частей. Детали блока (верхняя и нижняя плиты, направляющие колонки и втулки) служат для опоры, направления и крепления рабочих частей штампа и являются стандартными. Рабочие части непосредственно деформируют заготовку. Они изготавливаются индивидуально для деформации конкретной заготовки. Основными рабочими частями штампов являютсяпуансоны и матрицы. Пуансоном называют деталь, которая вдавливается в деформируемый материал или охватывается им. Матрица же охватывает изменяющую форму заготовки и пуансон.

Штампы для листовой штамповки делятся по технологическому признаку в зависимости от выполняемой операции: на вырубные, гибочные, вытяжные и т. д. В зависимости от числа выполняемых операций различают одно- и многооперационные штампы. Однооперационным называют штамп, который за один ход ползуна выполняет одну операцию. Такие штампы называют еще штампами простого действия (рис. 3.106). Штамп устанавливают в штамповое пространство пресса. Нижнюю плиту штампа 6 располагают на столе и закрепляют болтами и скобами, а верхнюю плиту 10 аналогичным образом крепят к ползуну. С помощью хвостовика 11 штамп выставляют точно по центру штампового пространства пресса.

Н

Рис. 3.106. Штамп простого действия для вырубки:

1- съемник, 2- направляющие линейки, 3– упор, 4– матрица, 5– матрицадержатель, 6, 10 - нижняя и верхняя плиты, 7– пуансон, 8- пуансонодержатель, 9- хвостовик, 11- направляющие втулки, 12- направляющие колонки, 13- провальное отверстие

а нижней плите в матрицедержателе 5 установлена матрица 4, а на ней - две направляющие линейки 2 и съемник 1. На верхней плите с помощью пуансонодержателя 8 закреплен пуансон 7. Точное направление рабочих деталей штампа обеспечивается направляющими колонками 12, закрепленными в нижней плите, и направляющими втулками 11. Полосу или ленту подают в штамп между направляющими линейками 2 (в данном случае перпендикулярно плоскости рисунка) до упора 3, который ограничивает шаг подачи полосы, затем штамп закрывают (опускают верхнюю плиту 10 вниз), выполняя тем самым деформирование заготовки с помощью матрицы 4 и пуансона 7. Отштампованная деталь через провальное отверстие 13 удаляется в емкость, установленную под столом пресса. Из-за упругих свойств металла пуансон плотно обхватывается по своему периметру отштампованной листовой заготовкой. При ходе ползуна вверх заготовка с помощью съемника 1 сбрасывается с пуансона.

Для массового и крупносерийного производства с целью повышения производительности и уменьшения количества используемого оборудования применяют более сложные штампы, выполняющие за один ход ползуна несколько операций листовой штамповки. Такие штампы называют многооперационными.

Многооперационные штампы бывают последовательного действия, в которых операции выполняются поочередно при перемещении заготовки по нескольким рабочим позициям штампа (рис. 3.107), и совмещенного действия, в которых операции выполняются одновременно на одной позиции (рис. 3.108), например, совместная вырубка и пробивка, вырубка и вытяжка и т. п.

На рис. 3.107, а показан многооперационный штамп последовательного действия для изготовления шайб из полосы. В нем за один ход ползуна выполняются две операции на позициях, расположенных рядом: пробивка отверстия одной детали и вырубка контура другой. Так же, как и ранее, нижняя плита штампа крепится к столу пресса, верхняя плита - к его ползуну. Процесс штамповки осуществляется следующим образом: полоса 7 подается в зазор под съемник 1. Когда верхняя часть штампа опускается, вырубной 4 и пробивной 5 пуансоны одновременно входят в соответствующие матрицы 3 и 6 и выполняют сразу обе операции: вырубку и пробивку. При этом полоса плотно садится на пуансоны и при подъеме их съемником 1 сбрасывается с них. Перед последующим ходом ползуна полоса подается вперед по направлению подачи до упора 3.

Рис. 3.107. Штамп последовательного действия для пробивки и вырубки:

а- схема многопозиционного штампа, б- схема раскроя,

1- съемник, 2- упор, 3, 6- матрица, 4,5- пуансон, 7- заготовка (полоса), 8- деталь (шайба), 9- отход (выдра), 10- отход полосы (высечка)

При разработке технологического процесса листовой штамповки следует стремиться к уменьшению потерь металла. Основной отход при листовой штамповке составляет так называемая высечка, т.е. часть листовой заготовки после выполнения операции вырубки. При штамповке мало- и среднегабаритных деталей обычно из одной листовой заготовки вырубают несколько плоских заготовок для последующей штамповки. Между смежными контурами вырубаемых заготовок оставляют перемычки шириной, примерно равной толщине заготовки, хотя в отдельных случаях перемычки могут и отсутствовать (для экономии металла при ухудшении качества среза и снижении стойкости инструмента). Расположение контуров смежных вырубаемых заготовок на листовом металле называется раскроем (рис. 3.107,б). Тип раскроя выбирают из условия уменьшения отхода металла в высечку и оценивают коэффициентом раскроя.

Штамп совмещенного действия (рис. 3.108,а) также крепится верхней и нижней плитой к ползуну и столу пресса, и при этом с пом

Рис. 3.108. Штамп совмещенного действия для вырубки и вытяжки

а- схема многопозиционного штампа совмещенного действия, б- схема раскроя

1 - матрица вырубки; 2- упор; 3 – съемник; 4 - выталкиватель; 5 - пуансон вырубки и матрица вытяжки; 6 - пуансон вытяжки; 7 – заготовка (полоса); 8 –прижим; 9 – отход (высечка); 10 - вырубленная заготовка; 11 – изделие (после вытяжки)

ощью хвостовика центрируется посредине его штампового пространства. В штампе рассматриваемого типа за один ход ползуна пресса две и более операции выполняются в одной позиции без перемещения заготовки в направлении подачи. При движении ползуна вниз пуансон 5 и матрица 1 производят вырубку заготовки из полосы 7, а пуансон 6 - одновременно вытяжку изделия в матрице 5. Последовательность выполнения операций обозначены на схеме раскроя (рис. 3.108,б) позициями 10, 11.

Д

Рис. 3.109. Схемы вырубки и пробивки резиной:

1 - резиновая подушка; 2 – шаблон; 3 - стол пресса; 4 - заготовка (лист)

ля штамповки небольшого числа деталей (мелкосерийное производство) сложные и дорогостоящие штампы применять экономически нецелесообразно. В таких случаях применяют упрощенные универсальные и быстропереналаживаемые штампы со сменными пуансонами и матрицами или используют эластичные материалы.

При штамповке эластичными материалами только один рабочий элемент (пуансон или матрицу) изготовляют из металла, роль другого инструмента (матрицы или пуансона) выполняют резина, пластмассы (полиуретан) и жидкость.

На рис. 3.109 приведена схема штамповки резиной. Металлическим инструментом является шаблон, на который укладывают заготовку. Резиновая подушка в ползуне пресса прижимает заготовку к шаблону. Если шаблон имеет острые режущие кромки, то давлением резины вначале отгибают свободные края заготовки, а затем ее обрывают по режущей кромке. Так выполняют вырубку и пробивку. Подобным способом можно осуществлять гибку, неглубокую вытяжку, отбортовку и формовку. Обычно штампуют заготовки толщиной не более 3 мм.

3.3.6.3. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ

Л

Рис. 3.110. Внешний вид универсальных листоштамповочных кривошипных прессов:

а- закрытая станина; б- открытая станина

истовую штамповку чаще всего выполняют на кривошипных и реже (крупногабаритных и толстостенных деталей) - на гидравлических прессах. Кривошипные листоштамповочные прессы бывают простого и двойного действия. Устройство и работа кривошипного пресса простого действия и горячештамповочного пресса (см. рис. 3.86) аналогичны. По конструкции станины различают открытые и закрытые листо-штамповочные кривошипные прессы (рис. 3.110). У закрытых прессов доступ к штамповому пространству возможен только с двух сторон, у открытых – с трех, что делает их более удобными в эксплуатации. Однако прочность и жесткость открытой станины меньше, чем закрытой. По этой причине прессы с открытой станиной строят усилием 0,025…2,5 МН., а с закрытой станиной от 1…16 МН. На основе кривошипно-ползунного исполнительного механизма строят и специализированные кузнечно-штамповочные машины. Например, на рис. 3.111 приведены фотографии гильотинных ножниц и листогибочного пресса.

Для получения качественных изделий при выполнении таких операций листовой штамповки, как вытяжка и точная вырубка (где необходимо прижимать фланец заготовки) используют пресс двойного действия (рис. 3.112). Такой пресс имеет два ползуна, внутренний 1 (к нему крепят пуансон) и наружный 2 (приводит в действие прижим). Внутренний ползун 1, как у обычного кривошипного пресса, получает в

Рис. 3.111. Специализированные кузнечно- штамповочные машины:

а- гильотинные ножницы; б- листогибочный пресс

озвратно-поступательное движение от коленчатого вала 5 через шатун 4. Наружный ползун приводится в движение от кулачков 3, закрепленных на коленчатом валу, или системы рычагов, связанных с коленчатым валом. Профиль кулачков 3 таков, что наружный ползун 2 сначала обгоняет внутренний, прижимает фланец заготовки 7 к матрице и остается неподвижным в процессе деформирования заготовки пуансоном, перемещающимся с внутренним ползуном 1. После окончания штамповки оба ползуна поднимаются.

Для повышения производительности труда прессы для листовой штамповки часто оснащают устройствами для автоматизации подачи заготовок к рабочему инструменту и удаления отштампованных деталей из пресса. Устройства автоматизации подразделяют на две группы: автоматизирующие подачу непрерывного листового материала, и автоматизирующие подачу штучной заготовки.

Н

Рис. 3.112. Схема листоштамповочного пресса двойного действия:

1,2- внутренний и наружный ползуны; 3- кулачки; 4- шатун; 5- коленчатый вал; 6- внешняя передача; 7- заготовка

аиболее просто поддается механизации подача полосы (ленты) в штамп. Для этого применяют механизмы периодического действия (подачи), которые подают полосу при обратном ходе ползуна и оставляют полосу неподвижной в процессе штамповки.

Механизмы подачи штучной заготовки весьма разнообразны и в общем случае имеют устройства для захвата и ориентации заготовки в пространстве и устройства для подачи ориентированной заготовки в штамп (питатели).

Подобные устройства резко увеличивают производительность труда, делают труд рабочего более безопасным, исключая манипулирование заготовкой в опасной зоне штампа. В штамповочных цехах начинают применять роботы, которые по программе осуществляют движения, аналогичные движениям руки человека при манипулировании заготовкой в процессе штамповки.

В

Рис. 3.113. Внешний вид многопозиционного пресса- автомата

Рис. 3.114. схема вырубки заготовки из ленты и транспортировки штампуемого изделия по позициям пресса- автомата:

1- грейферная линейка; 2- трафарет; 3- рулонная заготовка; 4- валковая подача; 5- штучная заготовка; 6- шиберная подача; 7- вырубной штамп; 8- нож; 9- высечка; 10- штампуемое изделие

настоящее время в промышленности применяют не только отдельные механизмы, автоматизирующие процесс листовой штамповки. Широкое применение нашли многопозиционные прессы- автоматы (рис. 3.113). Пресс- автомат имеет штамповое пространство и ползун большой длины. Это позволяет установить рядом до восьми штампов и осуществлять процесс последовательной многооперационной листовой штамповки деталей из металлической рулонной ленты с автоматическим переносом их с одной позиции на другую. На рис. 3.114 приведена схема вырубки заготовки из ленты и транспортировки штампуемого изделия по позициям пресса- автомата с помощью специальной грейферной подачи. Автоматы обеспечивают полный цикл изготовления деталей с применением различных операций листовой штамповки.

Пресс- автомат работает следующим образом. Рулонная заготовка 3 с помощью валковой подачи 4 периодически перемещается на первую позицию пресса- автомата, где с помощью вырубного штампа 7 из рулонной заготовки 3 вырубаются штучные заготовки 5. После этого высечка 9 режется ножом 8 для удобства дальнейшей ее транспортировки. С помощью шиберной подачи 6 штучная заготовка 5 передается на следующую позицию пресса-автомата и подвергается операциям листовой штамповки в соответствии с технологическим процессом. С позиции на позицию заготовка переносится с помощью захватов грейферных линеек 1, называемых трафаретами 2. На последней позиции пресса формируется штампуемое изделие 10. На рис. 3.115 представлено типовое изделие, штампуемое на многопозиционных прессах- автоматах.

П

Рис. 3.115. Типовое изделие, штампуемое на многопозиционных прессах- автоматах (чашка мебельной петли)

роизводительность труда при замене универсальных прессов с ручной загрузкой заготовок многопозиционным автоматам повышается в 25 … 35 раз, экономия металла достигает 6 … 8%. Повышение производительности происходит за счет сокращении количества рабочих по сравнению с универсальными кривошипными прессами, большой быстроходности (числа ходов), исключения межоперационного отжига при многопереходной вытяжке. Уменьшается брак, сокращаются расходы на ремонт и обслуживание, уменьшается до минимума площадь, занимаемая под оборудование, сокращаются расход электроэнергии и длительность производственного цикла. Многопозиционные автоматы выдают полностью законченные изделия.

Предприятия прессостроения выпускают также координатные прессы для вырубки и пробивки. Они оснащены числовым программным управлением, обеспечивающим быстрое (до 100 отверстий в 1 мин при межцентровом расстоянии 250 мм) выполнение операций по заданной программе. На базе прессов с числовым программным управлением создают многоцелевые станки для изготовления плоских деталей типа панелей, плат, шасси для радиоаппаратуры и т. п. Кроме пробивки отверстий пуансонами, на них производят вырезку по контуру с помощью головок для лазерной или плазменной резки, зачистку высеченных контуров фрезерованием, нарезание резьбы в пробитых отверстиях и т. п.

Ускоряющийся технический прогресс требует частой смены промышленной продукции, что вызывает потребность в гибких производственных системах, в том числе для осуществления листовой штамповки. Такие системы создают объединением технологических модулей посредством соответствующих транспортных устройств и роботов с управлением процессора. Замена штампов производится автоматически по командам процессора, передаваемым на автоматизированный склад штампов. По этому принципу могут быть реализованы технологические системы с безлюдной технологией для круглосуточной работы.