3.10.2. Формоизменяющие операции листовой штамповки

Формоизменяющими операциями называют такие, при помощи которых из плоской заготовки получают детали пространственной формы.

К основным формоизменяющим операциям относят гибку, вы­тяжку, отбортовку, обжим и формовку.

Гибка — операция, в результате которой изменяется направле­ние оси заготовки (рис. 3.24, а). Деформация заготовки при гибке происходит в зоне изгиба. Сечение заготовки в зоне деформации при гибке искажается (рис. 3.24, б). Это особенно заметно при гиб­ке узких образцов.

Рис. 3.24. Схема процесса гибки а и искажение

сечения заготовки б: 1 — нейтральный слой;

2 — пуансон; 3 — матрица

При проектировании технологического процесса гибки основны­ми параметрами являются: внутренний радиус гибки, положение нейтрального слоя, пружинение, усилие гибки, а также расположе­ние плоскости гибки относительно направления волокон материала.

Минимальное значение внутреннего радиуса гибки r зависит от пластичности материала и устанавливается обычно опытным путем по предельно-допустимым деформациям волокон растянутого слоя при условии отсутствия трещин.

В местах изгиба внешние слои заготовки растягиваются, а внут­ренние сжимаются. Между ними находится нейтральный слой, длина которого равна длине исходной плоской заготовки. В месте из­гиба он не проходит по средней линии заготовки, а смещается в сторону меньшего радиуса гибки. Чем меньше отношение внутрен­него радиуса гибки r к толщине заготовки s, тем больше смещение нейтрального слоя от средней линии заготовки. При смещением обычно пренебрегают и считают, что нейтральный слой совпа­дает со средней линией.

Пластическая деформация при гибке сопровождается упругой деформацией, поэтому форма детали после гибки не соответствует форме штампа. Это несоответствие называют пружинением и его следует учитывать при проектировании штампов. Пружинение зависит от механических свойств и толщины материала, радиуса гибки, формы детали, типа штампа и других факторов. Величина пружинения оценивается углом пружинения, который представля­ет собой разность между углом детали после гибки и углом гибоч­ного пуансона.

Вытяжкой (рис. 3.25) называют операцию, при которой плоская заготовка превращается в полое изделие или полуфабрикат. По характеру формоизменения вытяжка может быть без утонения и с утонением стенок.

Вытяжка без утонения происходит без заметного изменения толщины стенок [зазор z = (l,l…l,3)s]. В результате сложного на­пряженного состояния при вытяжке создается некоторая неравно­мерность толщины стенки: у дна она меньше, а у открытого кон­ца больше толщины плоской заготовки.

Таким образом, опасным является сечение стенки, прилегающее ко дну выше места сопряжения, где металл вследствие незначи­тельной степени деформации почти не упрочнен, а величина утонения достигает 10…25%. При вытяжке без утонения стенки цилиндрического стакана (рис. 3.25) из плоской заго­товки пуансон втягивает заготовку в зазор между пуансоном и матрицей, а наружный диаметр заготовки непре­рывно уменьшается.

Рис. 3.25. Схема вытяжки цилиндрического стакана:

1 — пуансон, 2 — заготовка; 3 — вытяжная матрица, 4 — деталь

При глубокой вытяжке тонколисто­вого материала часто возникают гоф­ры (складки), нарушающие нормаль­ный ход процесса. Для предотвраще­ния складкообразования часть заго­товки, находящаяся за контуром вы­тяжного пуансона, должна быть при­жата.

Для получения полых деталей, у которых толщина стенки меньше толщины дна, применяют вытяж­ку с утонением стенки. В этом случае зазор между пуансоном и матрицей должен быть меньше толщины заготовки. Увеличение высоты изделия происходит в основном за счет уменьшения толщи­ны стенки без значительного изменения диаметров полой заготов­ки. Вытяжку с утонением ведут из полой заготовки, полученной вытяжкой без утонения или, начиная с первой операции, из плоской заготовки получают полуфабрикат с меньшей толщиной стенки.

Вследствие упрочнения металла при вытяжке пластичность его понижается, следовательно, степень деформации при последующих операциях вытяжки должна приниматься меньшей. Для восстанов­ления пластических свойств между операциями вытяжки применя­ют промежуточные отжиги полуфабрикатов.

Отбортовкой называют образование бортов по замкнутому на­ружному контуру листовой заготовки или вокруг заранее пробитых (технологических) отверстий. Схема отбортовки отверстия при­ведена на рис. 3.26.

Рис. 3.26. Схема отбортовки от­верстия:

а — начало процесса, б —конец процесса, в — готовая

деталь, 1 – пуансон, 2 — полуфабрикат, 3 - матрица

Отбортовку применяют в основном для образования горловин у плоских деталей, необходимых для нарезания резьбы, сварки или сборки, а также вместо вытяжки с последующей обрезкой дна. При отбортовке отверстий уменьшается толщина материала, особенно у края горловины.

Обжимом называют операцию уменьшения диаметра трубной или вытянутой полой заготовки. Получаемая при обжиме конфигу­рация зависит от формы штампа. Диаметр заготовки может быть уменьшен не более чем на 20…30%. При большем уменьшении об­разуются складки. Размеры заготовки для обжима рассчитывают, исходя из равенства поверхностей заготовки и детали.

Формовкой называют операцию, при которой изменяется форма заготовки в результате растяжения отдельных ее участков при сохранении конфигурации наружного контура детали. Формовка происходит за счет местного утонения материала. Примером при­менения формовки может служить изготовление ребер жесткости, местных выступов и т.п.