Вырубка. Образование отверстий

Процесс отделения части металла от заготовки путем обрезки по замкнутому контуру называют вырубкой. После вырубки полу­чается либо готовая деталь, либо заготовка для последующих опе­раций. В отличие от резки, вырубка осуществляется не постепенно вдоль линии реза, а одновременно по всему контуру изделия.

Вырубка листовых неметаллических материалов называется просечкой.

Фиг. 28. Вырубной инстру­мент:

1-пуансон; 2-матрица.

Вырубка. Вырубка является одним из видов штамповки. Харак­терной особенностью штамповки является применение при обработке материалов двух деформирующих инструментов — пуансона и мат­рицы. Пуансон обычно изготовляют в виде сплошного сердечника, в матрице же имеется отверстие для прохода пуансона. Поперечный размер пуансона во всех слу­чаях должен быть меньше внутреннего раз­мера отверстия матрицы (фиг. 28). Между пуансоном и матрицей остается зазор, в который в процессе деформирования течет материал, изменяя свою форму. Пуан­сон и матрица соприкасаются с материа­лом по вполне определенной ограниченной поверхности. Такие поверхности называ­ются контактными.

Вырубные матрица и пуансон имеют острые режущие кромки, а зазор между ними значительно меньше толщины мате­риала.

Величина зазора зависит от рода и толщины металла. В табл. 7 приводятся рекомендуемые значения зазоров для наиболее распро­страненных материалов. В общем случае зазор может быть взят равным 10% толщины материала.

Величина зазора между матрицей и пуансоном Таблица 7

Толщина материала в мм	Зазоры на диаметр в % от толщины материала		Толщина материала в мм	Зазоры на диаметр в %от толщины материала
	Медь, латунь, алюминий сталь 10	Сталь 20; 30		Медь, латунь, алюминий сталь 10	Сталь 20; 30
0,1—0,5 0,6—1,0 1,1—3,0 3,1—4,0 4,1—5,9	5 6 7 8 10	6 7 8 9 11	6,0—6,9 7,0—7,9 8,0—8,9 9,0—12,0	12 13 14 15	14 15 16 17

В процессе вырубки пуансон, погружаясь в материал, произ­водит смятие поверхностных волокон и затем разрывает их благо­даря появлению трещин скалывания у острых краев инструмента (фиг. 29).

Фиг. 29. Схема процесса вырубки по стадиям:

а — смятие поверхностных волокон; б — возникновение трещин;

в — разрыв материала у острых кромок инструмента.

Контактные поверхности и объем зоны, получающей пластическую деформацию, составляют незначительную долю объема заготовки.

Просечка. Ниже указаны некоторые материалы, детали из которых в большинстве случаев изготовляют путем просечки.

Механические характеристики неметаллических материалов

Название материала	Предел прочности при растяжении в кг/мм2	Допускаемое каса­тельное напряжение Т в кг/мм2
Картон	5-7	3—6
Прессшпан	4,3	7—8
Гетинакс	8—10	10—13
Клингерит	—	4
Фибра	—	12—17
Миканит	1,8—2	10
Текстолит	6—12,0	8—15
Целлулоид	3,6—4,7	6
Бакелит	3,5-7,5	3-7
Эбонит	5-8	3
Резина	2,0—4,5	0,6—1
Кожа		5,4

Как видно из этих данных, все они обладают малым сопротивле­нием срезу.

В олокнистое строение и эластичность материалов заставляют применять при просечке инструмент, имеющий острые и узкие кромки (фиг. 30). При работе с таким инструментом важно следить за тем, чтобы режущие кромки были установлены перпендикулярно поверхности материала. Для получения чистых и ровных кромок деталей и предохранения инструмента от затупления просечку сле­дует вести на паронитовом листе. Толщина подкладного листа должна в 2—3 раза превышать толщину обра­батываемого материала.

Просечку можно производить вручную или на станках.

При работе вручную наиболее важным моментом является правиль­ная установка инструмента. Режущие кромки инструмента должны без пере­коса соприкасаться с материалом. Просечку производят несколькими легкими ударами молотка. После про­сечки двух-трех деталей следует очи­щать внутреннюю полость инстру­мента от отходов материала.

Фиг. 30. Различные формы про­сечек, применяемых при вырубке неметаллических материалов.

Просечка, так же как и вырубка, может производиться на гидравли­ческих или приводных механических прессах.

Вырубку мелких деталей и просеч­ку лучше всего проводить на эксцент­риковых механических одностоечных прессах с коротким ходом, имею­щих один ползун, который передает давление рабочему инструменту.

При вырубке крупных деталей целесообразнее применять 2-стоечные пресса с 2- или 4-точечной подвеской ползунов.

В техническую характеристику прессов входят: максимальное давление пресса; величина хода ползуна; число ходов в минуту; закрытая высота пресса; вылет (расстояние от оси ползуна до ста­нины); размер стола; размеры отверстия в столе.

Основные параметры и размеры кривошипных одностоечных прес­сов указаны в ГОСТе 4862-49, а однокривошипных закрытых прессов простого действия в ГОСТе 9408-60.

Расчетное усилие пресса слагается из усилия вырубки и усилия проталкивания.

Усилие вырубки определяется по формуле

кг,

где К₃ — коэффициент, учитывающий затупление режущих кромок, неравномерность толщины и механических свойств мате­риала, неравномерность зазора; К₃ = 1,25  1,3;

П - длина контура вырубаемого изделия в мм;

 - толщина материала в мм;

 - допускаемое касательное напряжение в кг/мм².

Усилие проталкивания определяется по формуле

кг

где К_пр— коэффициент, учитывающий отношение усилия проталки­вания к усилию вырубки; К_пр = 0,01 0,06;

h — высота цилиндрической части матрицы в мм.

В тех случаях, когда усилие вырубки оказывается слишком боль­шим, рекомендуется изготовлять матрицы со скошенными кром­ками. Во избежание смещения пуансона во время работы скосы долж­ны быть симметричными.

В табл. 8 приведены эскизы применяемых скошенных кромок

и формулы для приближенного расчета усилий.

	Тип скоса	Тип вырубки	Формула усилий вырубки
		Прямоугольная вырубка с двусторонним скосом режущих кро­мок	При h   где b — ширина вырубки; l— длина вырубки
		Круглая вырубка с двусторонним скосом режущих кромок	При h= где П — периметр детали; d — диаметр детали
		Надрезка прямо­угольной формы с од­носторонним скосом	При h  , где b — ширина иадрезки; / — длина надрезки

Для вырубки тонколистовых деталей, размеры которых превы­шают габариты прессовых столов, применяют пинцетные штампы. Пинцетные штампы состоят из двух плит, шарнирно скрепленных между собой. Верхняя плита имеет выступ с острыми кромками, а нижняя - выемку, соответствующие контуру детали.

Вырубка осуществляется путем прижатия верхней плиты к ниж­ней при протягивании штампа через двухвалковые вальцы.

Образование отверстий. Отверстия в дета­лях можно образовывать механической обра­боткой, пробивкой на прессах газопламенной или электродуговой резкой, электроэрозион­ной обработкой, химическим фрезерованием.

Механическая обработка отверстий. Отверстия любой формы в литейных, кованых и точеных деталях, а также отверстия диаметром до 50 мм в заго­товках и деталях из проката обрабатываются сверлением и фрезерованием.

Фиг. 31. Инструмент, применяемый при сверле­нии и обработке отвер­стий:

/ — сверло; 2 — зенкер; 3 — развертка.

При механической обработке детали с раз­меченными центрами отверстий устанавли­ваются на сверлильные или фрезерные станки и обрабатываются нормальным режущим инструментом: сверлами, развертками, фре­зами, зенкерами и т. п. (фиг. 31).

В серийном производстве деталей приме­няются кондуктора, заменяющие индиви­дуальную разметку отверстий.

Обработка отверстий в крупногабаритных деталях может производиться несколькими способами.

1.Для отверстий диаметром до 120 мм:

а) кернение центра;

б) центровка отверстия спиральным сверлом диаметром 10-12 мм;

в) сверление зацентрованного отверстия на проход диаметром до 50 мм

г) рассверливание или вырезка отверстий с помощью вырез­ных зенкеров. Все операции производятся на расточном или радиально-сверлильном станках.

2. Для отверстий диаметром свыше 100 мм: а) наметка по шаблону или с помощью циркуля линии обреза; б) вырезка отверстия газопламенной или электродуговой резкой, при этом необходимо остав­лять припуск до 10 мм на сторону; в) окончательная обработка отвер­стия резцом на расточном или радиально-сверлильном станках.

Для отверстий в аппаратах, которые не могут быть установлены на станках и материал которых не поддается газопламенной резке: а) наметка по шаблону или с помощью циркуля линии обреза; б) свер­ление по всей длине внутренней стороны линии обреза отверстий диа­метром 8—10 мм с помощью электро- или пневмодрелей; в) вырубка пятачка по перемычкам между отверстиями; г) обработка отверстия по размерам чертежа с помощью машинок с абразивными кругами. Отверстия обрабатывают переносным электрическим или пневма­тическим инструментом. Электроинструмент приводится в действие электродвигателями мощностью от 0,1 до 1 квт. В качестве источника питания применяется переменный трехфазный ток, а для высокочас­тотных двигателей — ток от сети напряжением 36 в.

Пневматический инструмент приводится в действие воздухом, имеющим давление 5—6 am.

Для сверления целесообразно применять электрические дрели. Для вырубки преимущественно применяется ударный пневматиче­ский инструмент.

Для сверления крупных отверстий (диаметром 15 мм и более) дрели снабжаются упорными приспособлениями и винтовыми подающими устрой­ствами.

Пробивка отверстий. Пробивка отверстий осуществ­ляется на прессах специаль

Фиг. 32. Ступенчатое расположение пуан­сонов.

ными штампами. В отличие от вырубки, при пробивке выруб­ленная часть является отходом.

Пробивка применяется для образования в деталях отверстий раз­личных форм и размеров. Пробивку производят теми же рабочими инструментами, что и вырубку.

При одновременной пробивке большого числа отверстия с целью уменьшения усилий пробивки применяют ступенчатое расположение пуансонов (фиг. 32). Для этой же цели на пуансонах иногда делаются скосы.

Отверстия в деталях, работающих под нагрузкой или в сильно коррозионной среде, рекомендуется после пробивки рассверливать, чтобы удалить местные дефектны. Пробивка сеток и решеток, в которых отверстия расположены на строго определенном расстоянии друг от друга, осуществляется на специальных станках, позволяющих автоматически передвигать листовую заготовку после каждого удара на расстояние, равное шагу между отверстиями. Конструкции таких станков разработаны на Уралхиммаше и Балашихинском машино­строительном заводе.

Пуансон для пробивки сетки с отверстиями диаметром до 1 мм выполняется в виде гребенки, набранной из равных отрезков очень твердой проволоки. Для того чтобы во время работы пресса про­волочные пуансончики не ломались, изготовляют специальное направляющее приспособление, устройство которого показано на фиг. 33.

Интересен способ изготовления сеток без отходов материала. Этот способ заключается в следующем. На прессах вместо пуансонов устанавливаются ножи с фигурным профилем. Листовой материал с заданной скоростью подается под ножи специальным механизмом. Одновременно с прорубкой материала происходит его растяжение, а в местах разреза в листе образуются ячейки выбранной формы и размера. Величина растяжения регулируется, что дает возмож­ность получить необходимый размер ячеек.

Фиг. 33. Штамп для пробивки сетки на заго­товках тарелок ректификацион­ных колонн:

/ — опорная пли­та; 2 — направ­ляющие стойки; 3 — пробиваемый материал; 4 — на­жимная плита; 5 — верхняя пли­та; 6 — пружина;

7 — стержень;

8 — гребенка; 9 —пуансон; 10 —прокладка;

11 — матрица.

Методом растяжения можно изготовлять сетки различного назна­чения из стали и цветных металлов с толщиной листа до 5 мм.

Усилия пробивки рассчитываются по тем же формулам, что и уси­лия вырубки.

Газопламенная и электродуговая обра­ботка отверстий. Газопламенная и электродуговая резка применяются для вырезки в листовом материале отверстий диамет­ром свыше 50 мм, не требующих большой точности и чистоты обра­ботки.

Для получения отверстий больших диаметров применяется полу­автоматическая газопламенная резка по циркулю, одна ножка кото­рого устанавливается в центре заготовки, а на другой укрепляется переносная самоходная каретка (фиг. 34).

Технология газопламенной и электродуговой обработки материа­лов описана выше.

Электроискровая обработка отверстий. При импульсном электрическом разряде через воздушный промежу­ток между электродами проходит электрический ток очень большой силы (до 10 000 а). Электрическая энергия в момент разряда перехо­дит в тепловую, вызывая на узком участке разрядного канала повышение температуры до 40 000—50 000° С. Под дейст­вием такой температуры металл обрабатываемой детали распла­вляется и испаряется с большой скоростью, однако разрушение металла вследствие очень короткого времени разряда проис­ходит в очень малом объеме. Если повторять разряды с боль­шой частотой, можно выплав­лять и испарять значительные количества металла.

На фиг. 35 представлена схема установки по электроиск­ровой прошивке отверстий. В такой установке одним элек­тродом служит металлический стержень — инструмент, дру­гим — обрабатываемая деталь.

Фиг. 34. Самоходная каретка для резки заготовок по радиусу.

Для более интенсивной элек­трической эрозии и быстрого ох­лаждения деталь помещена в ванну с жидкостью, не проводящей электрический ток (керосин, масло и т. п.). Для получения разрядов, непрерывно следующих друг за другом, в электрическую схему установки включается конден­саторная батарея. Расстоя­ние между электродами, необходимое для получения разряда, поддерживается соленоидным регулятором. В момент прошивки по мере углубления от­верстия электрод-инстру­мент опускается под дейст­вием собственного веса, но стоит ему коснуться детали и замкнуть электри­ческую цепь, как это видно из схемы, соленоид немед­ленно его приподнимает. В следующий момент про­исходит разряд.

Фиг. 35. Схема электроискровой прошивки отверстий

Вместо соленоидного регулятора могут быть установлены другие более совершенные устройства.

Источником постоянного тока, необходимого для работы установки, служат обычные генераторы или селеновые и газотронные выпрями­тели, работающие от силовой сети. С помощью электроискровой обра­ботки можно с одинаковым успехом образовывать отверстия как в са­мых мягких и теплопроводных металлах (медь, латунь, алюминий) и в самых твердых (нержавеющая сталь, твердые сплавы и т. п.). Электроискровой прошивкой удается легко проделывать отверстия очень малых диаметров (от 0,1 до 1 мм) в деталях большой толщины, а также получать сита из нержавеющей стали для ректификацион­ных тарелок, которые вследствие малых размеров отверстий не удает­ся изготовлять пробивкой на прес­сах.

В зависимости от формы элек­трода-инструмента можно получать любой контур отверстия. Материа­лом для электродов-инструментов служит медь, латунь или медно-графитовая масса.

Надо иметь в виду, что в про­цессе обработки происходит эро­зия не только на детали, но ча­стично также на электроде-инструменте. Для того чтобы износ инструмента не влиял на качество обработки отверстий, следует производить — калибровку, пропуская электрод через отверстие на та кую длину, чтобы часть электрода, равная толщине детали, вы­ходила из отверстия (фиг. 36).

Фиг. 36. «Калибровка» отверстий при электроискровой обработке.

При повышении частоты электрического тока до 2250 гц оплавле­ние инструмента практически отсутствует.

Размер электрода должен быть несколько меньше требуемого раз­мера отверстия. Величина зазора между стенкой отверстия и электро­дом зависит от свойств материала детали и электрода и от электри­ческого режима обработки.

В табл. 9 приведены величины зазоров и производительность при работе с латунными электродами.

Таблица 9

Характеристика режимов обработки

Режим	Параметры режима	Зазор между электродами в мм	Производи- тельность в мм3/мин
Мягкий	Напряжение 25:—40 в,
	сила тока 0,1 —1 а	0,05	0,1—20
Средний	Напряжение 80—120 в,
	сила тока 5—10 а	0,1—0,15	20—200
Жесткий	Напряжение 150—200 в,
	сила тока 10—60 а	0,15—0,5	500—900

Как видно из таблицы, чем мягче режим, тем меньше производи­тельность.

Для получения высокого класса чистоты поверхности обрабаты­ваемых отверстий применяют электрохимический способ обработки, при котором в межэлектродном пространстве создается интенсивный поток электролита. Химические соединения, образующиеся при обработке, растворяются в электролите и уносятся из межэлектрод­ного пространства потоком жидкости. Состав электролита и быстрый поток жидкости полностью устраняют пассивирование анода при большой плотности тока.

Отклонения от номинальных размеров отверстий при электрохи­мической обработке не превышают 0,05—0,2 мм.

Химическое фрезерование. В отдельных случаях в крупных деталях при обработке поверхностей сложной конфигу­рации применяют так называемое химическое фрезерование, при ко­тором происходит глубокое травление поверхностей в специально подобранных травящих составах. Например, для травления алюми­ния и его сплавов применяют водный раствор едкой щелочи (NaOH), подогретый до 80° С с концентрацией от 500 до 600 г/л.

Технологический процесс обработки травлением состоит из сле­дующих операций: а) тщательная очистка поверхностей; б) покрытие защитными составами поверхностей, не подлежащих травлению; в) травление; г) очистка поверхностей; д) контроль.

Поверхности, не подлежащие травлению, защищаются металли­ческими щелочестойкими шаблонами, накладками из щелочестойких клейких лент, металлопокрытиями или лакокрасочными покры­тиями.

Глубина съема металла до 50 мм. Применение травления вместо механической обработки значительно сокращает стоимость и трудоем­кость изготовления многих деталей сложной конфигурации.

Химическое фрезерование целесообразно применять при клей­мении металлических деталей. Клеймение производят резиновыми штемпелями, на которых нанесены соответствующие надписи или рисунки.

Штемпель покрывают тонким слоем кислоты и затем маркируют деталь. Через некоторое время деталь промывается нейтрализующим раствором и сушится. В качестве нейтрализующего средства приме­няют водный раствор нитрита натрия или тринатрийфосфата.

В табл. 10 приведены различные способы образования отверстий в деталях аппаратов.

Таблица 10

Способы образования и обработки отверстий

Характер обработки	Применяемое оборудование	Область применения
Сверление на станках	Вертикально-свер­лильные и горизон­тально-сверлильные станки	Сверление отверстий в заготовках и деталях диа­метром до 50 мм
Сверление переносным ручным инструментом	Электродрели и пнев-модрели	Сверление отверстий в деталях диаметром до 14 мм без упора и диаметром до 25—30 мм с применением специальных приспособле­ний
Развертывание	Сверлильные станки, переносный ручной ин­струмент	Чистовая обработка от­верстий с помощью развер­ток
Характер обработки	Применяемое оборудование	Область применения
Высверливание	Сверлильные станки, пневмо- и электродре­ли	Образование крупных от­верстий в деталях из цвет­ных металлов, текстолита и пластмасс
Расточка	Расточные и фрезер­ные станки	Расточка отверстий диа­метром более 50 мм в го­товых деталях
Фрезерование	Вертикально- и го-ризонтальнофрезерные станки	Образование сквозных и глухих отверстий слож­ной конфигурации. Образо­вание канавок в отверстиях трубных решеток
Пробивка	Эксцентриковые ме­ханические пресса	Образование отверстий различного профиля в не­больших плоских деталях. Пробивка сеток для ректи­фикационных тарелок
Просечка	Винтовые и гидрав­лические пресса	Образование отверстий любой формы в листовых неметаллических материа­лах. Изготовление прокла­док.
Пробивка с растяже­нием	Эксцентриковые ме­ханические пресса	Изготовление сеток раз­личного профиля без отхо­дов
Газопламенная резка	Газокислородные го­релки	Предварительная обра­ботка крупных отверстий в изделиях из листовой стали
Электродуговая резка		Предварительная обра­ботка крупных отверстий в изделиях из черных и цветных металлов
Электроискровая про­шивка	Электроискровые уста­новки	Образование отверстий малых диаметров от 0,1 до 1 мм. Прошивка отвер­стий с криволинейной осью
Электрохимическая обработка	Электроискровые установки с электроли­тическими ваннами	Образование отверстий малых диаметров с высо­ким классом чистоты по­верхности
Химическое фрезеро­вание		Обработка сквозных и глухих отверстий сложной конфигурации. Клеймение деталей