Учебное пособие 800606

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Воронежский государственный технический университет

А.Ю. Бойко

ТЕХНОЛОГИЯ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия

Воронеж 2004

1

1. ВВЕДЕНИЕ

Холодная обработка металлов давлением имеет богатую историю.

Впервые в России холодная обработка металлов давлением начала применяться в IX – X вв. в г.г. Чернигове, Киеве и в Московском государстве в XV – XVI вв.

Внастоящее время холодная обработка давлением является одним из основных способов обработки во всех отраслях промышленности.

Впроцессах обработки металлов давлением автоматизация и механизация начала применяться в 30-х годах.

На данный момент существуют сотни автоматизированных линий, цехов в промышленности (цехи ВАЗа, КАМАЗа, ГПЗ и т.д.). Идет непрерывное совершенствование технологических процессов, создаются новые способы обработки давлением, дающие возможность расширить область ее применения, увеличить производительность, автоматизировать процессы, улучшить качество изделий.

С развитием космической техники, появлением новых сплавов потребовалось создание новых импульсных способов обработки, ранее не применяемых.

Внародном хозяйстве осталась прогрессивная тенденция увеличения доли обработки давлением в общей металлообработке.

Основное направление развития холодной штамповки – стремление получить законченную деталь высокой точности и качества при малой материалоѐмкости без дальнейшей механической обработки.

Эффективность технологического процесса увеличивается при решении следующих вопросов:

рациональной и технологичной конструкции детали; правильном выборе материала; технически грамотно и экономически целесообразно

разработанном технологическом процессе;

3

при наличии качественно сконструированной и изготовленной технологической оснастки, обеспечивающей точность, производительность и безопасность работы;

применении соответствующего оборудования и средств автоматизации;

высокой организации производства и рабочего места. Холодная штамповка развивается в следующих направ-

лениях:

расширение области применения в различных типах производств;

совершенствование способов раскроя с целью увеличения коэффициента использования металла;

разработка способов штамповки деталей повышенной точности;

автоматизация технологических процессов;

разработка техпроцессов для новых металлов и спла-

вов;

интенсификация степени деформации за один переход и сокращение числа операций;

увеличение стойкости инструмента.

Задачей изучения дисциплины является усвоение студентами знаний, позволяющих технически грамотно решать следующие вопросы:

1.Разработать технологичную конструкцию детали, позволяющую экономично еѐ изготовить холодной штамповкой.

2.Спроектировать и рассчитать технически и экономически целесообразный технологический процесс изготовления заданной детали.

3.Уметь отладить и усовершенствовать техпроцесс.

4.Правильно подобрать оборудование и средства автоматизации.

5.Спроектировать штамповую оснастку, обеспечивающую оптимальные условия деформирования.

Для этого необходимо:

4

1.Понять физическую сущность основных операций холодной штамповки, явления, сопровождающие операцию, причины возникновения брака и методы их устранения.

2.Усвоить методику расчѐта основных технологических операций и уметь спроектировать оптимальный технологический процесс.

3.Усвоить методику и получить определѐнные навыки проектирования штампов.

4.Знать проблемные вопросы и методику исследования.

1.ТЕХНОЛОГИЯ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ

1.1.Общая характеристика процессов листовой штамповки

Все операции холодной штамповки осуществляется в условиях холодной деформации, которая по определению С.И. Губкина сопровождается упрочнением.

Холодную штамповку в свою очередь можно разделить

на:

1)листовую штамповку;

2)холодную объемную штамповку.

Листовая штамповка и холодная объемная штамповка в свою очередь разделяются на отдельные операции (способы обработки давлением), совокупность которых дает возможность получить заданную деталь.

В основу деления технологического процесса на операции можно положить характер формоизменения, схему напряженного состояния и назначение операции.

Листовая штамповка – разновидность обработки металлов давлением, характеризующаяся тем, что исходной заготовкой является лист, лента или полоса, т.е. заготовка, имеющая один размер значительно меньший двух других.

Листовая штамповка может быть холодной и горячей (последняя обычно при толщине заготовки, превышающей 10 мм), т.е. с нагревом до ковочных или повышенных температур.

5

Листовая штамповка широко применяется в машиностроительной и приборостроительной промышленности, в автомобилестроении, авиастроении и в производстве изделий широкого потребления.

Листовая штамповка служит для получения плоских и пространственных деталей, главным образом, имеющих постоянную или незначительно изменяющуюся толщину, и несколько меньше для получения деталей со значительной разницей толщины в различных ее участках.

Широкому распространению листовой штамповки в промышленности способствовали следующие положительные

еекачества:

1.Сравнительная простота инструмента и возможность использования универсального оборудования (годного для получения разнообразных по форме и размерам деталей).

2.Относительно высокая производительность даже при ручной подаче заготовки.

3.Сравнительная простота механизации и автоматизации технологических процессов листовой штамповки.

4.Возможность получения деталей минимального веса при высокой прочности и жесткости.

5.Высокая точность и взаимозаменяемость штампованных деталей и высокий класс чистоты их поверхностей.

6.Относительно малый отход металла.

7.Легкая приспосабливаемость к масштабам производства (сложность и стоимость штампа может изменяться в больших пределах).

В зависимости от конфигурации детали, для ее изготовления применяются различные операции листовой штамповки, характеризующиеся определенной схемой напряженного состояния в очаге деформации и определенным характером изменения формы и размеров заготовки.

Во всех операциях листовой штамповки пластическую деформацию получает или должна получать не вся заготовка, а лишь некоторая ее часть, которую условимся называть очагом деформации.

6

Классификацию операций листовой штамповки также целесообразно проводить по характеру формоизменения заготовки, по назначению операций и по схеме напряженного состояния в очаге деформации.

Все операции листовой штамповки можно разделить на три группы – разделительные, формоизменяющие и штампосборочные операции.

Разделительные операции предназначены для отделения одной части заготовки от другой. В разделительных операциях заготовка вслед за пластической деформацией преднамеренно доводится до разрушения.

Во всех разделительных операциях преобладает объемная сжато–растянутая схема напряженного состояния, а соотношение между напряжениями таково, что деформирование элементов заготовки в очаге деформации близко к сдвигу. Также для всех разделительных операций характерно, что в пределах очага деформации тензор напряжений получает значительные изменения, что приводит к резкой неоднородности распределения деформаций, в то время как протяженность очага деформации в плоскости заготовки (в направлении, перпендикулярном действующему усилию) соизмерима с толщиной и как правило меньше ее.

В различных формоизменяющих операциях схемы напряженного состояния различны, а протяженность очага деформации обычно значительно больше толщины заготовки.

Операции листовой штамповки обычно выполняются силовым взаимодействием на заготовку двух рабочих инструментов пуансона и матрицы, из которых первый охватывается заготовкой, а второй охватывает заготовку в процессе деформации.

Нужно отметить, что для каждой из операций листовой штамповки соответствуют вполне определенные размерные характеристики рабочего инструмента.

Основными размерными характеристиками рабочего инструмента являются радиусы скругления рабочих кромок rм и

7

rп и зазор между боковыми поверхностями пуансона и матрицы Z.

Для разделительных операций характерно, что радиусы скругления рабочих кромок матрицы rм и пуансона rп близки нулю, а зазор между пуансоном и матрицей Z значительно меньше толщины заготовки.

В формоизменяющих операциях радиусы скругления рабочих кромок пуансона rп и матрицы rм, как правило, в несколько раз больше толщины заготовки, а зазор между пуансоном и матрицей обычно несколько больше толщины заготовки и лишь в некоторых операциях принимает значения несколько меньше, чем толщина исходной заготовки.

Более точные рекомендации относительно размерных характеристик рабочего инструмента будут изложены при рассмотрении отдельных операций листовой штамповки.

Ниже дается перечень основных операций листовой штамповки и их краткая характеристика.

Разделительные операции Отрезка – полное отделение части заготовки по незамк-

нутому контуру.

Вырубка – отделение части заготовки по замкнутому контуру, причем отделенная, смещенная в матрицу, часть заготовки является деталью или полуфабрикатом для последующей штамповки, или механической и иной обработки.

Пробивка – отделение части заготовки по замкнутому контуру, причем отделенная. Смещенная в матрицу часть заготовки является отходом (получение отверстий).

Надрезка – отделение части заготовки по незамкнутому контору без нарушения связи между частями заготовки по другим участкам контура.

Разрезка – разделение штампованного полуфабриката на две или несколько частей по замкнутой линии разреза.

Обрезка – отделение краевой части (припуска) полуфабриката, полученного формоизменяющими операциями.

8

Зачистка – отделение припуска на боковых поверхностях, полученного вырубкой полуфабриката, или пробитого отверстия (единственная операция со снятием стружки).

Во всех этих операциях rм = rп= 0 и Z 0,1S, где S – толщина заготовки.

Формоизменяющие операции Гибка – изменение кривизны поверхности заготовки без

изменения формы ее поперечных сечений.

Схема напряженного состояния может быть различной в различных участках заготовки по толщине, а деформации и величина напряжений переменны по толщине. Для этой операции характерно: Z S, а rм и rп больше толщины заготовки.

Вытяжка без утончения стенки – превращение плоской заготовки в полый полуфабрикат при уменьшении периметра заготовки или же уменьшение периметра полуфабриката при одновременном увеличении его высоты. Схема напряженного состояния близка к плоской сжато–растянутой с меридиональными растягивающими напряжениями. Для этой операции ха-

рактерно: Z S, а rмп 4S.

Вытяжка с утончением стенки – увеличение высоты полого полуфабриката за счет уменьшения толщины его стенок. Схема напряженного состояния объемная сжато–растянутая с меридиональным растягивающим напряжением. Для этой операции характерно: rм,п S, а S Z 0,4S.

Обжим – уменьшение поперечного сечения краевой части вытянутого полуфабриката (трубы) путем заталкивания его в сужающуюся рабочую полость матрицы. Схема напряженного состояния близка к плоской схеме сжатия. В этой операции обычно заготовка деформируется одной матрицей и rмS.

Раздача – увеличение поперечного сечения краевой части вытянутого полого полуфабриката (трубы) путем внедрения в него пуансона со стороны открытой части. Схема напряженного состояния близка к плоской сжато-растянутой с меридиональными сжимающими напряжениями при опоре на торец и к плоской схеме растяжения – при подвеске за фланец. В этой

9

операции заготовка обычно деформируется одним пуансоном

и rп S.

Отбортовка – образование горловины из участка заготовки, граничащего с отверстием, при увеличении его диаметра путем вдавливания этой части пуансоном в отверстие матрицы. Схема напряженного состояния близка к схеме плоского растяжения. В этой операции обычно Z S; rм,п 3S.

Формовка – местное увеличение поверхности заготовки за счет ее утончения. Схема напряженного состояния близка к схеме плоского растяжения. В этой операции Z S, rм,п S.

Для соединения двух или нескольких деталей в одну неразъѐмную сборочную единицу применяют штампосборочные операции. Соединение деталей осуществляется холодной штамповкой: гибкой, осадкой, обжимом, запрессовкой и пр. операциями, выполняемыми в штампах, установленных на прессах или магнитоимпульсных установках. Соединение происходит за счѐт изменения формы деталей или на молекулярном уровне холодной сваркой при совместной пластической деформации соединяемых поверхностей.

1.2. Материалы, применяемые для листовой штамповки

Основные материалы, применяемые в листовой штамповке, можно разделить на металлы, сплавы металлов и неметаллические материалы.

Наиболее распространенными металлами, применяемыми в листовой штамповке, и сплавами являются малоуглеродистая сталь, легированная сталь, нержавеющая, жаропрочная, цветные металлы и сплавы (медь, латунь, алюминий, дюралюмины, магниевые сплавы типа электрон, титан и др.).

Из неметаллических материалов – кожа, фибра, картон, слюда, целлулоид, пластмассы и др.

Выбор материала производится с учетом:

1) эксплуатационных характеристик (прочность, антикоррозионные свойства, тепло- и электропроводность, удельный вес, стойкость на истирание и т.п.);

10