Тема 2.4.4 Холодная листовая штамповка.

Вопросы:

1. Холодная листовая штамповка. Сущность способа, про­дукция и область ее применения.

2. Основные разделительные и формоизменяющие операции: исходная заготовка, изделие, последовательность выполнения, применяемый инструмент.

3. Штамповка эластичными материалами.

4. Механизация и автоматизация штамповочного про­изводства.

1. Листовая штамповка является одним из наиболее прогрессив­ных и высокопроизводительных способов получения деталей слож­ной формы с тонкими стенками; обычно ее осуществляют в холод­ном состоянии.

Сущность способа заключается в процессе, где в качестве заготовки используют полученные прокаткой лист, полосу или ленту, свёрнутую в рулон. Листовой штамповкой изготовляют самые разнообразные 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, самолёта, 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.

При листовой штамповке чаще всего используют низкоуглеродистую сталь, пластичные легированные стали, медь, латунь, содержащую более 60 % Cu, алюминий и его сплавы, магниевые сплавы, титан и др. Листовой штамповкой получают плоские и пространственные детали из листовых неметаллических материалов, таких, как кожа, целлулоид, органическое стекло, фетр, текстолит, гетинакс и др.

Листовую штамповку широко применяют в различных отраслях промышленности, особенно в таких, как авто-, тракторо-, самолето-, ракето- и приборостроение, электротехническая промышленность и др.

Листовую штамповку применяют для изготовления крупных облицовочных деталей автомобилей и автобусов, тракторов, самолетов, вагонов, для различных рамных изделий, деталей велосипедов, мотоциклов, приборов, ча­сов, металлической посуды, очень больших толстолисто­вых днищ котлов и различных резервуаров, деталей ап­паратов химического производства и др.

2 . Операции листовой штамповки. Листовой материал штампуют за одну операцию или за несколько последовательных операций. Различают разделительные и формоизменяющие операции.

К разделительным операциям относят резку, вырубку по контуру, про­бивку отверстия и другие, при ко­торых заготовка отделяется от ис­ходного материала.

Резку листового материала на за­готовки необходимых размеров про­изводят на ножницах (гильотинных, дисковых и др.). Резка ножницами не позволяет получать любые контуры заготовки и обычно сминает ее края. Рис. 55

Поэтому для получения фасонных листовых заготовок чаще применяют вырубку по контуру в штампах или пробивку; вырубкой полу­чают наружный контур заготовки, а пробивкой – внутренний.

Штамп для вырубки (рис. 55) состоит из матрицы 1 и пуансо­на 2, а также из вспомогательных деталей, фиксирующих положе­ние заготовки. Матрица и пуансон имеют острые углы.

Для нор­мального протекания процесса вырубки зазор между отверстием матрицы и пуансоном:

z = ks,

где s – толщина листа; k – коэффициент, равный 0,05…0,5.

При вырубке наружные части листовой заготовки идут в отхо­ды. С целью уменьшения отходов и повышения выхода годного уве­личивают число рядов на заготовке, применяя шахматное или на­клонное расположение вырубаемых заготовок.

К формоизменяющим операциям относят гибку, вытяжку без утонения стенки, вытяжку с утонением стенки, формовку и др.

При гибке (рис. 56) одну часть или несколько частей листовой заготовки изгибают относительно других ее частей. Различают гибку одно-, двух,- четырех,- и многоугловую. Большинство гну­тых деталей может быть выполнено с помощью двух приемов гибки: V-образная гибка в тупой угол (одноугловая, рис. 56, а) и U-образная гибка в прямой угол (двухугловая, рис. 56, б). Чем больше радиус угла, тем легче протекает процесс гибки, меньше опасности появления трещин и меньше искажений формы изделия.

Вытяжка – наиболее сложная операция холодной листовой штамповки, при которой плоская заготовка превращается в полое тело (колпачок). По характеру деформации металла вытяжку раз­личают без утонения стенки и с утонением стенки изделия.

Вытяжка без утонения стенки (рис. 57, а) выполняется в вы­тяжном штампе, у которого зазор между пуансоном 2 и матрицей 1 штампа на 5…10% больше толщи­ны заготовки. Радиусы закрепления рабочей грани матрицы и пуансона (r_м и r_п) обеспечивают плав­ность превращения круглой листовой заготовки в колпачок. При вытяжке изделий плоская часть заготовки (фланец) может свер­тываться с образованием складок. Для предотвращения образова­ния складок применяют прижимы 3. За один проход при вытяжке можно получить колпачок с отношением его внутреннего диаметра d к диаметру листовой заготовки D до 0,55 при относительно не­большой высоте колпачка, так как при увеличении глубины вытяж­ки возможно нарушение целостности металла.

Рис. 56 Схема гибки листового металла Рис.57 Схема вытяжки листо­вого металла

Поэтому в зависи­мости от соотношения высоты и диаметра получаемой детали, а также от относительной толщины заготовки вытяжка осуществля­ется за один или несколько переходов.

При вытяжке заготовки без утонения стенки изменением тол­щины металла в зонах закруглений можно пренебречь. Зазор между пуансоном и матрицей при вытяжке в среднем должен быть на 10% больше толщины листа, т. е. z = 1,1 s, а радиус матрицы r_м = (5…10)s.

При листовой штамповке возможна вытяжка с утонением сте­нок заготовки (рис. 57, б); при этом необходимо иметь зазор между пуансоном и матрицей меньше толщины листа. Обычно утонение стенок за один проход не превышает 30…35% начальной толщины листа. В связи с этим z = (0,85…3,65)s.

Для штамповки листовых деталей получили примене­ние два типа штампов: 1) упрощенные – для вырубных (пробивных), гибочных, вытяжных и формовочных опе­раций и 2) универсальные.

Упрощенные штампы имеют минимальное число прос­тых вспомогательных деталей (направляющих, съемни­ков, фиксаторов и т. д.), а рабочие их части (матрицы и пуансоны) изготовляют из дешевых и доступных мате­риалов. На упрощенных штампах можно вырубать дета­ли из стали толщиной до 2,5 мм, а из цветных металлов – толщиной до 6 мм. На упрощенных штампах, предназна­ченных для операций вытяжки, формовки и отбортовки, изготовляют крупногабаритные детали сложной конфи­гурации из материалов толщиной до 1,5 мм (облицовоч­ные детали автомобилем п автобусов и т. п.).

Значительное распространение получили для изготов­ления различных изделий упрощенные штампы из пласт­масс.

Универсальные штампы представляют собой универ­сальные блоки, в которых закрепляются сменные рабо­чие части: матрицы и пуансоны, переставные упоры, на­правляющие линейки и т. д.

Универсальные штампы позволяют изготавливать де­тали с точностью 7…5-го класса и выше. Применение поэлементной штамповки в универсальных штампах, распо­ложенных в линию, позволяет применить групповой ме­тод изготовления деталей из листовых материалов.

3. Штамповка эластичными материалами – специальный вид обработки металлов давлением и считается одним из прогрессивных технологических процессов.

В мелкосерийном производстве при изготовлении деталей из тонколистового металла (алюминий толщиной до 2 мм, сталь мягкая до 1 мм) находит применение штамповка резиной. Достоин­ствами этого метода являются дешевизна оснастки и возможность быстро переходить к штамповке деталей на новое изделие, недо­статками – повышенный расход материала и худшее качество среза.

При штамповке резиной (рис. 58, б) роль пуансона выполняет шаблон 1, роль матрицы – листовая резина 2, заключенная в кон­тейнер, прикрепленный к траверсе гидравлического пресса. Шаблон представляет собой пластину инструментальной стали толщиной около 10 мм, имеющую конфигурацию вырезаемой детали. Кромки у шаблона острые. На стол пресса устанавливается подштамповая плита с одним, а чаще с несколькими шаблонами. Поверх шаблона (или шаблонов) укладывается лист штампуемого металла.

При давлении резины край заготовки отгибается вниз и при­жимается к подштамповой плите. При дальнейшем сжатии резина давит па отогнутый материал, натягивает его и при определенном усилии обрезает (обрывает) Рис.58

по контуру шаблона. Резина может применяться также для пробивки сравнительно крупных отверстий в тонком материале.

Для деталей из слоистых плас­тиков (текстолит, стеклотекстолит, гетинакс), слюды и миканитов (ком­позиция слюды и синтетической смо­лы), органического стекла и других материалов применяются вырубные штампы той же конструкции, что и для металла. Разница заключается только в том, что указанные матери­алы (за исключением слюды) тол­щиной свыше 2…3 мм перед штам­повкой подогреваются во избежание выкрашивания.

Неметаллические материалы – кожа, бумага, картон и другие – штампуются на упрощенных просеч­ных штампах. Просечный штамп для вырубки шайбы (рис. 58, в) произ­водит одновременно две операции: вырубку наружного контура кольце­вым ножом 1 и пробивку внутренне­го отверстия пуансоном 2. Вырубленное изделие удаляется вытал­кивателями 3 и 4. Штамповка производится на подкладке из неме­таллического материала.

4. Механизация и автоматизация процессов листовой штамповки. В зависимости от серийности и рода производства могут приме­няться следующие варианты средств механизации и автоматизации.

1. Автоматизация штамповочных операций на универсальных прессах путем установки на них штампов-автоматов или использо­вания встроенных механизмов для подачи заготовки в штамп и удаления изделий и отходов.

2. Использование универсальных и специальных прессов-ав­томатов и многошпиндельных прессов с устройствами для автома­тической подачи материала и перемещения полуфабриката с опера­ции на операцию.

3. Комплексная автоматизация с использованием автомати­ческих штамповочных линий.

В качестве устройств для подачи ленты применяются валко­вые, роликовые, клещевые и крючковые механизмы. Из них наибо­лее универсальными являются валковые, а затем роликовые. Эти механизмы обеспечивают значительный шаг подачи и точность. Крючковые могут использоваться только при наличии Прочной пе­ремычки у отхода.

Дли подачи мелких штучных заготовок широко используются бункерные устройства различных типов.

Наиболее совершенным видом автоматизации, обеспечиваю­щим минимальную стоимость изделии и высокую производитель­ность, являются автоматические штамповочные линии. Примене­ние их целесообразно при большом выпуске одинаковых изделий.

Основным видом заготовок, применяющихся в прессовых це­хах, являются полосы, нарезанные из листа пли ленты в бунтах. Широко применяется автоматическая подача ленты и полос в штамп. В сочетании с автоматическим удалением деталей и отхо­дов это позволяет увеличить производительность труда в 3…4 раза по сравнению с ручным обслуживанием.

Рис. 59 Устройство для подач полос и лент

При клинороликовой подаче (рис. 59) в момент холостого хо­да пресса рычаг 1, соединенный с эксцентрично установленным на валу пресса пальцем, поворачивается и передвигает подвижную каретку 2 влево. При этом подающие ролики 3 и 4 заклинивают материал и перемещают его на величину шага подачи.

При рабочем ходе пресса подвижная каретка перемещается вправо под действием пружины 5. Ролики освобождают подавае­мый материал. Для предупреждения обратного смещения полосы имеется неподвижная (тормозная) каретка 7 с двумя роликами 6, которые зажимают полосу при освобождении ее подающими роли­ками.