Штамповка в закрытых штампах

Штамповка в закрытых штампах (рис.100,б, в) характеризуется тем, что полость штампа закрыта, т.е. отсутствует дополнительная полость между подвижной и неподвижной частями штампа, куда мог бы перетекать материал заготовки. Величина зазора в сопрягаемых поверхностях матрицы и пуансона не велика и составляет примерно 0,1 мм., что препятствует образованию заусенцев. В отличии от открытых штампов, в закрытых штампах объём заготовки должен быть равен объёму штампованной детали. При несоблюдении данного условия металл не заполнит полностью полости штампа или штампованная заготовка будет иметь размер по высоте больше требуемого. Штамповкой в закрытых штампах изготавливают детали имеющие форму показанную на (99, б).

Преимуществом штамповок в закрытых штампах является повышение коэффициента использования материала (КИМ), так как на заготовке отсутствуют заусенцы. В результате деформирования материала волокна направлены по контуру заготовки и не пересекаются в месте их выхода в заусенец, как при штамповке в открытых штампах.

Применение закрытых штампов позволяет штамповать малопластичные материалы, т.к. сжимающие напряжения существенно больше, чем в открытых штампах.

Штамповка полужидкого металла. Штамповка полужидкого металла занимает промежуточное положение между литьём под давлением и горячей штамповкой. При штамповке полужидкого металла камера сжатия совмещена с рабочей полостью формы, образующей деталь Рис.101 . Залитый в матрицу жидкий металл под давлением пуансона поднимается вверх, в образованную матрицей и пуансоном рабочую полость формы. Температура заливки колеблется в пределах 600… 6500С для алюминиевых сплавов и 880…9200С для латуни.

Рис.101

Формообразование происходит при сопряжении пуансона, образующего внутренний контур детали, с матрицей, оформляющей её наружный контур.                   

После окончания формообразования гидродинамическое давление переходит в статическое. При статическом давлении (порядка 40..60 МПа в течение 3…6 с) металл уплотняется и завершается процесс его кристаллизации. Давление препятствует росту кристаллов, вследствие чего структура получается мелкозернистой. При дальнейшей выдержке под давлением металл пластически деформируется, что улучшает его механические свойства.

 

Холодная штамповка.

               

Под холодной штамповкой понимают процесс пластического деформирования металла без предварительного нагрева заготовки. Холодная штамповка подразделяется на объёмную и листовую. В первом случае в качестве исходной используют заготовки в виде                  прутка, во втором случае листовой прокат. В отличии от горячей штамповки материал

заготовки подвергается пластической деформации при значительно больших удельных давлениях и в условиях всестороннего неравномерного сжатия. На Рис.102 приведены схемы процесса холодного выдавливания и зоны пластической деформации заготовки. Рис.102         

Из схем видно, что зона пластической деформации охватывает не весь объём заготовки. При холодном выдавливании удельные усилия изменяются в ходе деформирования и зависят от высоты заготовки и резко возрастают, когда высота становиться меньше зоны пластической деформации.

Такое обстоятельство может привести к ускоренному износу или разрушению рабочих поверхностей штампа.

Холодную штамповку выполняют на кривошипных, гидравлических прессах или специальных станках. Наиболее распространёнными методами холодного объёмного деформирования являются холодная высадка и формовка.

 

            Холодная высадка.

Холодная высадка производится на холодновысадочных автоматах, а в качестве заготовок применяют пруток или проволоку. Отрезанная заготовка подаётся в станочный штамп и из неё формуется готовая деталь. Детали, получаемые на холодновысадочных автоматах, имеют высокую точность размеров и чистоту поверхности, и в ряде случаев не требуют последующей механической обработки (винты, болты, шпильки и т.д.). Формирование резьбы производится также на автоматах накаткой.

На Рис.103 приведены некоторые типы деталей получаемых на холодно-высадочных автоматах.

 

 

Рис.103   

 

   Процесс  высадки характеризуется высокой производительностью (20… 400 деталей в минуту) и высоким КИМ.

 

Листовая штамповка.

Как правило, при листовой штамповке пластической деформации подвергается лишь часть заготовки. Очагом деформации является та часть заготовки, которая в данный момент пластически деформируется. Для получения деталей самых разнообразных форм требуется поочерёдно деформировать различные участки заготовки. Операцией листовой штамповки называется процесс пластической деформации, обеспечивающей характерное изменение формы определённого участка заготовки. Операции листовой штамповки условно можно разделить на два вида: формообразующие, в которых изменяется форма заготовки в результате пластической деформации материала; разделительные, в результате которых происходит изменение формы за счёт отделения части материала от заготовки.

Первыми операциями при листовой штамповке являются разделительные, в результате выполнения которых получают заготовку для дальнейшего формирования готовой детали или готовую деталь простой формы.

Основными разделительными операциями являются: отрезание и вырубка. К формообразующим операциям относятся : гибка, вытяжка, отбортовка и формовка.

При проектировании технологического процесса изготовления деталей штамповкой из листового материала необходимо выбрать наиболее рациональную последовательность операций, в результате которых получается деталь с заданными свойствами и минимальной себестоимостью.

       Отрезка – отделение части заготовки по незамкнутому контуру

Получение заготовок и готовых деталей может производиться ножницами или в штампах.

Отрезка ножницами  предусматривает три принципиально отличных процесса резания: резание параллельными ножами Рис.104,а; резание ножами расположенными под углом Рис.104,б и резание роликовыми ножами Рис.5.32

 

                                             Рис.104                                                          

 

В зависимости от марки разрезаемого материала параллельные и наклонные ножи затачивают под различными углами. Угол резания ножа   изменяется в пределах 86-900, а задний угол  в пределах 0-30. Расстояние между ножами z  = 1/30 S, где S толщина листового материала Рис.104,в. Угол наклона верхнего ножа  , по отношению к нижнему, у гильотинных ножниц равен 1-50, а у ручных ножниц 100.

Тип ножниц выбирают в зависимости от марки материала и его толщины, а также от габаритов вырезаемой заготовки или детали, и необходимого усилия резания.

Усилие необходимое для резания ножницами с параллельными ножами определяется по формуле

                                    

где Р – усилие развиваемое при резании;

S, L –толщина и ширина листа материала;

 - сопротивление материала на срез ,  ( - временное сопротивление материала растяжению)

k – коэффициент запаса, учитывающий неоднородность материала при резке (k=1,3).

Усилие резания на ножницах с наклонным ножом определяется по формуле

                                                                   

Усилие резания на ножницах с наклонными ножами на 25-30% меньше чем на ножницах с параллельными ножами. Ножницы с параллельными и наклонными ножами применяются при раскрое листового материала и получения заготовок или деталей с прямолинейными сторонами, полосы, прямоугольники, многоугольники и т.д.

Отклонения от прямолинейности при резании на ножницах составляют от 0,4 до 1,2 мм и зависят от толщины материала листа и ширины отрезаемой полосы. На кромках по линии резания получаются заусенцы, зачищаемые последующей механической обработкой, т.е. фрезерованием на станках или опиливанием напильником.

При перемещении ножей навстречу друг другу должно быть предусмотрено безударное их перекрытие, что и обеспечивает наличие зазора z   Рис.104 (в). Для отрезания полосы шириной Z заготовка доводится до упора в ограничитель и прижимается к столу с усилием Q, после чего перемещается верхний нож. Формирование криволинейной линии реза получают при применении роликовых ножниц. Режущим инструментом роликовых ножниц является пара роликов-ножей Рис.105. Ось вращения роликов-ножей может располагаться параллельно или под углом к плоскости разрезаемого листового материала.

       Благодаря малой дуге захода ножей на роликовых ножницах можно поворачивать лист и резать его по кривым линиям. Ножницы с наклонными роликами более удобны для резки листового материала.         

Кромки заготовки, по линии резания роликами, необходимо обрабатывать, т.е. выравнивать и снимать с них заусенцы.                                                                                                                                                                   

 

                   

 

                                                          

                                                 Рис.105

                       

Скорость резания на однороликовых стационарных ножницах колеблется в пределах от 1,5 до 7 м/мин.

Вырубка – операция, связанная с формированием внешнего и внутреннего контуров заготовки или детали из листа или полосы. Процесс вырубки, в отличие от процесса резания, позволяет формировать как прямолинейные, так и криволинейные    замкнутые или разомкнутые контуры детали. Основными рабочими элементами штампа являются пуансон (1) и матрица (2). На Рис. 106 приведена схема основных элементов штампа предназначенного для вырубки из листа детали типа круга и приняты следующие обозначения: DМ – исполнительный размер по диаметру матрицы; ; DП – исполнительный размер по диаметру пуансона; z/2 – зазор между матрицей и пуансоном., рабочими инструментами которого являются пуансон 1 и матрица 2.

Процесс вырубки можно представить следующими этапами. На первой стадии процесса вырубки Рис. 5.33 (а) пуансон, при своём перемещении, сминает наружные слои металла, лист изгибается, в местах наибольших напряжений возникают микротрещины. При дальнейшем движении пуансона Рис. 106 (б,в) отдельные трещины по периметру соединяются в сплошные линии вырубки, вырезаемая часть отделяется от листа и проталкивается пуансоном вниз

 

Рис.106

Величина зазора между матрицей и пуансоном влияет на качество поверхности среза и усилие вырубки, и зависит от толщины листового материала его физико-механических свойств.

 Размеры рабочих контуров пуансона и матрицы зависят от функционального назначения вырубаемого контура. При вырубке детали по наружному контуру номинальный её размер должен быть равен размеру матрицы, а зазор между матрицей и пуансоном получают за счёт уменьшения размеров пуансона. В случае если в заготовке вырубается внутренний контур, то пуансон изготовляют по номинальному размеру вырубаемого контура, а зазор выдерживается в заданных пределах за счёт изменения размеров матрицы.

Применяемые в авиационной промышленности штампы, по характеру действия подразделяются на штампы: простого действия, последовательного действия, совмещённого действия, группового раскроя и универсальные.

 По конструктивным особенностям штампы бывают без направляющих и с направляющими. Штампы без направляющих дёшевы в производстве и пригодны только для грубых работ, из за увеличенного зазора между матрицей и пуансоном.                                                       

 


Рис.107

Установка и центрирование матрицы относительно пуансона, в этих штампах, занимает много времени и зависит от состояния поверхностей направляющих ползуна пресса. Штампы с направляющими обеспечивают большую точность воспроизведения контура детали и быстро устанавливаются на прессе.

Штампы простого действия. На Рис.107 приведена конструкция вырубного штампа простого действия с направляющими колонками. В вырубном штампе простого действия за один рабочий ход пресса изготавливается одна деталь или вырубается одно отверстие.       Основными элементами штампа являются: нижняя плита (6) с запрессованными направляющими колонами (12), матрица (4) с матрицедержателем (5), верхняя плита (10), пуансон (7) с пуансонодержателем (8). Для точной ориентации пуансона относительно матрицы в верхнюю плиту запрессованы направляющие втулки (1)1, в которые входят направляющие колоны (12). Перемещение верхней плиты осуществляется ползуном пресса, который связан с хвостовиком (9).

Исходной заготовкой является полоса из листового материала, которая подаётся по направляющим линейкам (2) до упора (3). Вырубленная из полосы деталь выталкивается пуансоном через проем нижней плиты и стола пресса в сборник деталей. После вырубки детали полоса снимается с пуансона съёмником (1), при перемещении его вверх.

В штампах последовательного действия изготовляют детали и заготовки, в которых из листа вырубается несколько    контуров последовательно друг за другом.   Штампы последовательного действия. На Рис.108 приведена конструктивная схема штампа последовательного действия, в котором деталь получают за три рабочих хода пресса.                

 


Рис.108     

 

Штамп последовательного действия состоит из: верхней плиты (1), держатель пуансонов (2), пуансонов (3),съёмника (4), направляющих для заготовки (5), матрицы (6), упора (7), нижней плиты (8), направляющие колоны (9) и заготовки (10). Заготовка представляет собой стандартную полосу требуемой ширины или отрезанную от листа на гельотинных ножницах. Готовая деталь (1)1 получается за три хода пресса. За первый ход вырубается одно отверстие, за второй ход пробивают два отверстия малого диаметра и за третий ход вырубают деталь по внешнему контуру. Перед каждым ходом пресса заготовка (полоса) продвигается на определённый шаг, обеспечивающий получение готовой детали. Направляющие колоны обеспечивают равномерный зазор между пуансонами и матрицей. Съёмник служит для стягивания заготовки с пуансонов при их движении вверх. На верхней плите крепится хвостовик для соединения с ползуном пресса.

 

На Рис.109 приведена конструктивная схема штампа последовательного


Рис.109

действия. На верхней плите крепятся пуансоны (2) и (3) для вырубки внешнего контура шайбы и пробивки центрального отверстия соответственно. Аналогичным

образом на нижней плите крепятся матрицы (5) и (4).

Заготовка, в виде полосы подаётся по направляющим съёмника до упора 1 (6). После пробивки отверстия полоса перемещается на шаг подачи. В результате следующего цикла вырубки получаем готовую деталь в виде шайбы (9). Величина шага подачи выбирается из условия обеспечения минимальной величины перемычки (7) между вырубаемыми отверстиями и краями полосы.

 

Штампы совмещённого действия являются наиболее совершенными с технологической точки зрения и позволяют формировать как внешний контур детали , так и пробивать отверстия необходимого профиля за один рабочий ход пресса. Конструктивная схема штампа совмещённого действия, на котором вырубается деталь сложной конфигурации, приведена на Рис.110. На нижней плите(14)) крепится матрицедержатель с матрицами (3), (10) и (12). Матрица (3) и

пуансон (2) служат для вырубки внешнего контура детали, матрица (10) и пуансон (7) вырубают в детали окно, а три матрицы (12) и пуансоны (6) вырубают отверстия.        

 

Пуансоны крепятся пуансонодержателем к верхней плите. Съёмник (1) предназначен для съёма заготовки с матрицы (3), при перемещении верхней плиты с пуансонами вверх


Рис. 110

 

Съёмник (1) пружинами (9) перемещается вверх по направляюшим (5) и стаскивает заготовку с матрицы. Аналогичным способом готовая деталь снимается с пуансонов съёмником (4). Штампы совмещённого действия экономически целесообразно применять при серийном изготовлении деталей или при высокой точности размеров детали и точности взаимного расположения вырубаемых в ней контуров.

В штампах совмещённого действия можно изготавливать детали из листового материала как плоские так и объёмные, от малогабаритных до крупных (стрелки ручных часов, обшивки АПУ и ЛА). В качестве исходной заготовки используется листовой прокат. При штамповке толщина листа изменяется незначительно или практически не изменяется, в зависимости от формы получаемой детали.

 На Рис.110 дана схема штампа совмещённого действия. В этом штампе все операции осуществляются в одной позиции, при одном рабочем ходе пресса. Приведённая схема штампа позволяет осуществлять вырубку заготовки (11) и формирование из неё готовой детали (13). На верхней плите крепится вырубной пуансон (5), который одновременно является и матрицей вытяжки, внутри которой размещён выталкиватель (4) с пружиной. На нижней плите крепится матрица (8) для вырубки заготовки (1)1, пуансон (7) для формирования внутреннего контура детали (13) и подпружиненный прижим (2). Заготовка (6) подаётся до упора (1) и при каждом рабочем цикле происходит выполнение нескольких операций.

 

                                             Рис.111

 Позиции (11), (12) и (13) показывают поэтапное формирование готовой детали. Отход представляет собой полосу (10) с отверстиями (9), выполненными с определённым шагом.

Штампы группового раскроя. Для вырубки одновременно нескольких деталей применяют штампы группового раскроя Рис.112, применение которых позволяет повысить производительность труда и снизить трудоёмкость изготовления. Дополнительно, при грамотном расположении вырубаемых из листа деталей, с минимально возможными перемычками, можно добиться повышения коэффициента использования материала. Повышение производительности труда достигается за счёт времени переналадки пресса, в сравнении с вырубкой каждой детали в одиночном штампе, так как штамп группового раскроя устанавливается и налаживается один раз при изготовлении партии деталей.                           

Штампы группового раскроя проектируются для изготовления деталей определённой формы и их применение рационально при изготовлении большой партий изделий и редкой смене их производства. Снижение стоимости изготовления деталей, при относительно небольших объёмах изготовления, можно достичь при применении универсальных штампов. Универсальный штамп имеет один пуансон и одну матрицу с прямолинейными режущими кромками. Формирование требуемого контура вырубаемой детали, имеющей прямолинейные стороны, производится в несколько переходов. Положение заготовки штампов, относительно режущих кромок пуансона, меняется и выставляется на столе штампа с помощью подвижных упоров. Применение универсальных позволяет снизить стоимость изготовления в 10-15 раз в сравнении с их технологической стоимостью при изготовлении в специальных штампах. Повышение производительности труда может быть достигнуто за счёт механизации процесса подачи материала (полосы) в зону вырубки.

 

        

                                          Рис.112

 

       Применение на прессах автоматической подачи материала и автоматической уборки готовых деталей позволяет использовать на 60—70% рабочие ходы пресса. Существующие автоматические механизмы подачи материала и уборки деталей работают синхронно с ходом ползуна пресса. Конструкция таких механизмов зависит от формы полосы материала, конструкции и размеров штампа. Информацию о возможных вариантах механизмов подачи можно найти в специальной литературе.

Процесс штамповки листовых деталей позволяет значительно повысить производительность труда, но в связи с высокой стоимостью штампов их рационально применять в серийном производстве. Многооперационные штампы обычно дороже однооперационных, но позволяют повысить производительность труда и уменьшить число используемого для штамповки оборудования. Материалы для деталей штампов выбирают с учётом их служебных свойств и стоимости применительно к масштабам производства. Обычно пуансоны и матрицы изготовляют из инструментальных сталей с последующей закалкой.



Гибка листового материала

 

Гибка одна из наиболее распространённых формообразующих операций холодной штамповки, позволяющая изменять кривизну заготовки практически без изменения её линейных размеров. . Схема гибки листовой заготовки с помощью

       а                                                             б

                                 Рис.113

пуансона (2)) и матрицы (3) приведена на рис.113(а). Гибка листового материала осуществляется в результате упругопластической деформации, причём процесс этот на разных сторонах изгибаемой заготовки протекает неравномерно. При деформации внутренние слои испытывают сжимающие, а внешние – растягивающие усилия Рис.113(б).

Если толщина заготовки S соизмерима с шириной В, то её сечение искажается.. Происходит утонение материала (пунктирная линия), уширение В1 с внутренней стороны в поперечном направлении и сужение В2 с наружной стороны с образованием поперечной кривизны Rп. Если по условиям эксплуатации выпучивание сторон недопустимо, необходимо предусматривать механическую обработку поверхностей. Утонение материала сопровождается смещением нейтрального слоя в сторону сжатых волокон. На практике радиус кривизны нейтрального слоя при изгибе прямоугольных заготовок определяется по формуле

                                                                          

где r – внутренний радиус гибки; k – коэффициент, определяющий расстояние нейтрального слоя от внутреннего радиуса изгиба. Знание положения нейтрального слоя позволяет правильно рассчитать размеры листовой заготовки. Значение коэффициента х для гибки на 900 для сталей и алюминиевых сплавов приведены в таблице 11. В процессе гибки происходит деформация металла, величина которой зависит от радиуса . Если величина деформации превысит допустимое значение, может произойти образование микротрещин и разрушение заготовки


Таблица 11

                                                        Сталь10,20

Алюминиевые

    сплавы

r/S к r/S к r/S к
0,5 0,38 4 0,447 0,5 0,25
           
0,8 0,408 5 0,48 0,8 0,3
1 0,42 7 0,49 1 0,35
1,5 0,44 10 0,5 5 0,43
2 0,45     12 0,5
3 0,47        

 

Для исключения разрушения заготовки должна быть ограничена минимальная

величина радиуса Rmin, которая зависит от физико-механических свойств материала и расположения линий гибки и определяется по формуле

Rmin = kS                                            

Значения коэффициента k, учитывающего пластические свойства материала при гибке на 900 приведены в таблице 12.

В процессе проектирования деталей из листового материала конструктор должен оценить рациональность её изготовления, и в частности определить коэффициент использования материала (КИМ). Выполнение данной задачи может быть достигнуто при расчёте листовой заготовки, из которой будет изготовлена деталь.                                             Размер и форма заготовки определяется по рабочему чертежу детали. Поскольку при гибке толщина материала изменяется мало, размеры развёрток определяют из равенства площадей сечений детали и развёртки. Для расчёта размеров развёртки (рис.114) необходимо: определить положение нейтральной линии; разбить контур детали на прямолинейные и криволинейные участки; просуммировать длины этих отрезков.

Тогда для детали, получаемой гибкой, длина развёртки может быть определена из формулы

            

Где -сумма длин прямолинейных участков;  - сумма длин криволинейных участков детали по нейтральной линии сечения.

 

                                         Рис.114                                                     Рис.115


Таблица 12

где k – коэффициент, учитывающий пластические свойства материала; S – толщина заготовки. Материал

В отожженном состоянии

В наклёпанном состоянии

Относительное удлинение ,%

Значение коэффициента k = Rmin S

Поперёк волокна Вдоль волокна Поперёк волокна Вдоль волокна
1 2 3 4 5 6
Алюминий 0 0,3 0,3 0,8 20-28
Латунь Л68 0 0,3 0,4 0,8 25
Сталь 05, 08 КП 0 0,3 0,2 0,5 35
Стали о8,10, Ст1 0 0,4 0,4 0,8 31-33
15-20, Ст3 0,1 0,5 0,5 1,0 25-27
25-30, Ст-4 0,2 0,6 0,6 1,2 21-23
35-40, Ст5 0,3 0,8 0,8 1,5 19-20
45-50, Ст-6 0,5 1,0 1,0 1,7 14-16
Нержавеющая сталь Х18Н9Т 1,0 2,0 3,0 4,0 40

Дюралюминий

Твёрдый 1,0 1,5 1,5 2,5 15
Мягкий 2,0 3 3,0 4,0 12
АМГ5М 1,3 1,8 2,0 3,0 12-15
Алюминиевые сплавы 0,5 1,0 1,5 2,2  

Титановые сплавы

ВТ1 1,5 2,0 3,0 4,0 25-30
ВТ5 3 4,0 5,0 6,0 15

Иногда, для упрощения расчётов величину х в формуле принимают равной 0,5.

Когда гибку ведут до соприкосновения сторон (рис.115), длину заготовки рассчитывают по формуле                                           

L = l1 + l2 – 0.43S

Для деталей коробчатой формы с прямыми или наклонными бортами, изготовляемых гибкой, расчёт заготовки ведётся аналогично. При построении развёртки нужно учитывать особенности сопряжения стенок в углах . Для того чтобы в углах не возникало дополнительных напряжений или разрывов материала, обеспечивалось прилегание кромок отогнутых стенок друг к другу, необходимо в заготовке делать вырезы (рис.116).

 

                       Рис.116

В зависимости от угла отбортовки  вырезается сектор с углом при вершине, равным углу отгиба стенок. Вершина угла совмещается с центром отверстия, расположенным на биссектрисе угла. Радиус отверстия r 0,35 l, где l – ширина зоны гибки листового материала по нейтральному слою.

Для обеспечения герметичности и увеличения жёсткости кромки короба, в местах их стыка, сваривают.


Дата: 2018-12-28, просмотров: 60.