Учебное пособие 800606

усеченного конуса, обращенного большим основанием к провальному отверстию, заталкивается в матрицу (этому способствует скругление рабочей кромки матрицы) и обжимается в ней в радиальном направлении. При этом происходит сглаживание боковой поверхности отделенной части металла силами трения, возникающими на поверхности контакта с матрицей.

При правильно подобранном радиусе скругления матрицы и зазоре между пуансоном и матрицей детали, полученные вырубкой с обжимкой, имеют гладкую, блестящую поверхность по всей толщине, чистота которой достигает 7 - 9 класса чистоты при точности размеров, соответствующих 3 - 4 классу точности.

В связи с возникающими высокими нормальными напряжениями, действующими в радиальном направлении, для осуществления вырубки с обжимкой требуются технологические усилия примерно в 2 - 2,5 раза выше, чем при обычной вырубке с оптимальным зазором между пуансоном и матрицей, что вызывает более интенсивный износ инструмента.

Детали, контур которых в плане имеет прямые или острые углы, получать вырубкой с обжимкой не удается. Это связано с тем, что в угловых участках контура детали возникает концентрация нормальных напряжений, а следовательно, и концентрация сил трения на поверхности контакта с матрицей, приводящая к неравномерному распределению напряжений и, в конечном итоге, к обрыву угловых участков.

Поэтому детали, получаемые вырубкой с обжимкой, должны иметь по возможности плавные очертания, радиус скругления угловых участков контура должен быть не менее толщины заготовки (rmin a).

Вырубка с обжимкой применяется для получения плоских деталей из цветных металлов и их сплавов, а также из низкоуглеродистой стали толщиной до 6 - 8 мм.

Вырубка пуансоном полнее матрицы Особенность данного способа чистовой вырубки заклю-

чается в том, что листовой материал штампуется пуансоном, поперечные размеры которого немного больше соответствую-

71

щих поперечных размеров рабочего отверстия матрицы (пуансон полнее матрицы). Естественно, что при этом пуансон не доходит до зеркала матрицы на некоторую величину U (рис

2.14).

Рис. 2.14. Схема вырубки пуансоном полнее матрицы

Указанная особенность в относительных размерах инструмента приводит к тому, что в процессе чистовой вырубки часть заготовки шириною в заключается между торцом пуансона и зеркалом матрицы, сжимается (осаживается) в осевом направлении и, следовательно, в соответствии с условием постоянства объема растягивается в радиальном направлении.

Таким образом, при вырубке пуансоном полнее матрицы элементарный объем, выделенный в зоне пластической деформации, находится в условиях объемного деформирования и напряженного состояния, причем напряженное состояние соответствует всестороннему неравномерному сжатию. Последнее обстоятельство существенно повышает пластичность штампуемого материала, что способствует увеличению степени деформации до момента начала разрушения, т.е. увеличивается высота блестящего пояска.

72

Следовательно, в результате вырубки пуансоном полнее матрицы можно получить детали с гладкой, блестящей боковой поверхностью.

Чем больше разность размеров пуансона и матрицы, тем больше ширина осаживаемой части заготовки в и величина деформации растяжения в радиальном направлении, а следовательно, и величина нормальных сжимающих напряжений , направленных радиально. Таким образом, при большом перекрытии матрицы пуансоном возникающие чрезмерно большие сжимающие напряжения могут привести к необратимому искривлению отделяемой части материала. Вместе с тем при недостаточной ширине осаживаемой части заготовки в (или при малом перекрытии) объемное напряженное состояние всестороннего сжатия может не охватывать всю толщину листа, вследствие чего могут возникнуть трещины скалывания, как при обычной вырубке пуансоном меньше матрицы. Поэтому очень важно установить оптимальную ширину перекрытия, которая обеспечит возможность получения чистой гладкой боковой поверхности детали без надрывов и без искривлений.

Приближенное теоретическое решение данного вопроса показало, что величина оптимального перекрытия вопт = 0,12а. Полученный результат согласуется с практическими данными.

В целях создания хотя бы приблизительно одинаковых условий затекания материала в рабочее отверстие матрицы на прямолинейных, угловых и криволинейных участках ее контура пуансон должен иметь переменное по контуру перекрытие. На прямолинейных участках перекрытие равно 0,1а, на криволинейных – (0,12 – 0,2)а и в угловых участках – 0,05а (рис 2.15).

73

Из уравнения (2.34) следует, что

U 0,1a. Полученный результат согласуется с практическими данными.

При чистовой вырубке деталей из материала с низкими пластическими свойствами так же, как и при вырубке пуансоном меньше матрицы, при определенной глубине вдавливания пуансона в заготовку образуются опережающие скалывающие трещины, возникающие у кромок пуансона и матрицы. Поскольку поперечные размеры пуансона больше соответствующих размеров матрицы, скалывающие трещины отделяют часть материала в виде усеченного конуса, обращенного меньшим основанием к провальному отверстию матрицы. По мере опускания пуансона происходит дальнейшее заталкивание отделенной части материала в матрицу, где она обжимается в радиальном направлении, а ее поверхность сглаживается силами трения. В конце хода пуансон распирает в стороны отход полосы, в результате чего боковые перемычки разрушаются. При последующем ходе пуансона вырубленная деталь проталкивает сквозь матрицу застрявшую ранее там деталь.

Усилие, необходимое для вырубки пуансоном полнее матрицы, зависит от длины контура штампуемой детали и ее толщины, сопротивления деформированию материала заготовки, величины перекрытия и толщины перемычки («недоход»). С увеличением перечисленных параметров (кроме толщины перемычки) усилие вырубки увеличивается, с увеличением толщины перемычек – уменьшается. При оптимальной величине перекрытия и ширине перемычки усилие вырубки в 1,3 – 2,6 раза больше, чем при вырубке пуансоном меньше матрицы, что объясняется условиями деформирования при вырубке пуансоном полнее матрицы.

75

Преимущество вырубки пуансоном полнее матрицы по сравнению с вырубкой с обжимкой заключается в возможности получения деталей с прямыми и острыми углами в плане, а также в том, что нет необходимости подгонять контуры пуансона и матрицы (поскольку они не сопрягаются). Это существенно снижает стоимость инструмента. К числу недостатков рассмотренного способа чистовой вырубки следует отнести трудности, возникающие при вырубке деталей, контур которых имеет впадины, так как боковая перемычка на этих участках увеличена, вследствие чего деформация отхода затруднена.

Вырубка с предварительным сжатием Чистовая вырубка с предварительным сжатием применя-

ется для изготовления плоских, сравнительно небольших деталей с высокой чистотой боковой поверхности (7 - 8 кл.) из сплавов на основе меди и алюминия или из малоуглеродистых сталей толщиной до 10 – 12 мм, точность размеров деталей – 3 – 4 кл.

Рис. 2.16. Схема чистовой вырубки с предварительным сжатием

Этот вид чистовой вырубки осуществляется в специальном штампе, состоящем из матрицы 1, пуансона 4, прижимного кольца 3 и контрпуансона 2 (рис 2.16). Для локализации сжимающих напряжений у очага деформации на прижимном кольце 3 предусмотрено клиновидное кольцевое ребро. После-

76

довательность движения рабочих элементов штампа для чистовой вырубки следующая. Вначале прижимное кольцо 3 прижимает заготовку к матрице 1, при этом происходит внедрение клиновидного ребра в заготовку. Затем пуансон 4 вырубает изделие и заталкивает его в матрицу 1, преодолевая противодавление контрпуансона 2. При обратном ходе заготовка освобождается от прижимного кольца 3, а изделие выталкивается из матрицы 1 контрпуансоном 2 и удаляется из рабочего пространства штампа сдуванием сжатым воздухом.

Чистовая вырубка производится на специальных прессах тройного действия, автономно развивающих усилие вырубки, усилие прижима и усилие противодавления. Такие прессы выпускаются в России и за границей. В случае отсутствия специализированных прессов чистовая вырубка может осуществляться на универсальных эксцентриковых прессах при условии их модернизации.

Вырубка с предварительным сжатием зоны пластической деформации так же, как и ранее рассмотренный способ чистовой вырубки пуансоном полнее матрицы, позволяет повысить пластичность штампуемого металла созданием объемного напряженного состояния (неравномерность сжатия) в очаге деформации. В результате этого степень деформации до момента начала разрушения (или глубина погружения пуансона в металл до момента скола) увеличивается, следовательно, увеличивается и высота блестящего пояска, являющаяся показателем чистоты боковой поверхности отделенной части металла.

Суммарное усилие, необходимое для чистовой вырубки с предварительным сжатием, приблизительно в 2 – 2,5 раза больше, чем при обычной вырубке с оптимальным зазором. Удельное усилие, передаваемое прижимным кольцом, должно быть не менее предела текучести материала штампуемой детали (1,2 - 1,3) т, так как только при этом условии напряжения, действующие в радиальном направлении, станут сжимающими (по условию пластичности удельное противодавление принимается равным (0,2 – 0,3) т).

77

Нижняя половина штампа имеет цилиндр 1, установленный на столе пресса посредством опорного плунжера 2. Внутри цилиндра с возможностью осевого относительного перемещения установлен прижим 3. В отверстии прижима установлен с возможностью осевого относительного перемещения пуансон 4. Объѐм цилиндра между опорным плунжером, пуансоном и прижимом заполнен эластичной средой 5. С внутренней стороны верхнего торца цилиндра установлена матрица 6. Контр-пуансон 7 установлен на ползуне пресса и расположен в отверстии матрицы с возможностью относительного осевого перемещения. Прижим подпружинен относительно цилиндра пружинами 8, предназначенными для возврата штампа в исходное положение.

78

Штамп работает следующим образом. Заготовка подается в щель в корпусе цилиндра 1 на прижим 3 и торец пуансона 4.

При ходе вниз контр-пуансон 7 контактирует с заготовкой, передающей усилие прижиму 3 и пуансону 4, которые с заготовкой перемещаются вниз, и их перемещение эластичной средой 5 передается корпусу цилиндра 1. Цилиндр при меньшем диаметре опорного плунжера 2 по сравнению с диаметром прижима 3 будет перемещаться вниз до контакта матрицы 6 с заготовкой со скоростью, большей, чем скорость перемещения прижима и пуансона.

Дальнейшее перемещение контр-пуансона 7 при диаметре опорного плунжера меньшим, чем диаметр пуансона приводит к перемещению матрицы вниз относительно пуансона и сдвигу вырубаемого изделия, причем под действием давления, создаваемого в эластичной среде 5, изделие зажимается между пуансоном 4 и контр-пуансоном, а прижим 3 прижимает заготовку к матрице 6 с усилием, пропорциональным усилию деформирования.

При выполнении операции воспринимаемые матрицей технологическое усилие среза и усилие прижима, а также воспринимаемое пуансоном технологическое усилие среза и воспринимаемое прижимом усилие прижима уравновешиваются в корпусе цилиндра. Поэтому ползун пресса нагружен только развиваемым контр-пуансоном усилием.

По окончании вырубки под действием сил упругой деформации эластичной среды и пружин 8 штамп возвращается в исходное положение, а деталь выталкивается из матрицы.

2.4.2 Зачистная штамповка

Зачистная штамповка заключается в удалении заранее предусмотренного специального припуска по краю вырубленной обычным способом заготовки (или пробитого в заготовке отверстия) путем снятия стружки в специальном зачистном штампе.

79

Назначение зачистной штамповки, как и чистовых способов вырубки – пробивки, состоит в повышении точности по сравнению с обычной вырубкой – пробивкой чистоты ее боковой поверхности.

Кроме того, зачистная штамповка дает возможность механическим путем удалить наклепанный слой, расположенный по контуру детали или отверстия, полученного обычной вырубкой – пробивкой. При выполнении формоизменяющих операций (например, отбортовка отверстия) отсутствие наклепанного слоя по контуру заготовки позволяет повысить степень деформации.

Ширина отделяемого зачистного слоя материала всегда меньше толщины заготовки, и процесс его отделения принципиально иной, чем при обычной вырубке – пробивке. Отделение припуска в виде стружки происходит постепенно, по мере опускания пуансона вплоть до опорной поверхности заготовки, а не путем скалывания, как при обычной вырубке – пробивке.

Следует подчеркнуть, что в процессе зачистной штамповки работает только одна режущая кромка инструмента: режущая кромка пуансона или режущая кромка матрицы.

Зачисткой могут обрабатываться заготовки из цветных металлов и их сплавов (меди, латуни, алюминия), малоуглеродистой стали, титановых сплавов, нержавеющей стали толщиной до 3 - 4 мм. При необходимости обработки более толстых заготовок процесс зачистки ведется за несколько переходов или с наложением вибраций при помощи специальных механических или гидравлических вибраторов, оптимальная частота вибраций которых составляет 15 – 30 Гц.

Зачистка боковой поверхности плоских заготовок Зачистка боковой поверхности плоских заготовок осуще-

ствляется в специальном зачистном штампе, рабочим органом которого является зачистная матрица. Ее форма и размеры рабочего отверстия соответствуют требуемой форме и размерам детали.

80