книги из ГПНТБ / Мошнин Е.Н. Технология штамповки крупногабаритных деталей

Этот процесс был разработан в ЦНИИТМАШе Л. А. Шофма-

на Подольском машиностроительном заводе им. Орджоникидзе при крупносерийной штамповке днищ диаметром 1200 мм и тол­ щиной стенки 5 мм.

Рассматриваемый способ целесообразно использовать при хо­ лодной штамповке тонкостенных днищ небольшого диаметра огра­ ниченной номенклатуры при крупносерийном производстве.

Применение его при горячей штамповке требует длительной отработки в части нахождения оптимальных диаметров пуансона

Рис. 57. Двухпереходная комбинированная вытяжка:

а— первый переход; б — второй переход

иматрицы, так как в процессе горячей штамповки происходит неодинаковый нагрев пуансона и матрицы и, следовательно, не­ одинаковое температурное расширение.

Серьезным недостатком способа является и то, что для днища каждого размера не только по диаметру, но и по толщине стенки требуется специальный штамп.

Двухпереходная комбинированная вытяжка. При этом способе вытяжка осуществляется вначале жестким пуансоном, а затем давлением жидкости [49].

За первый переход (рис. 57, а) жестким пуансоном формуется борт днища (участок небольшой ширины), благодаря чему умень­ шаются ширина свободного участка, а следовательно, склонность заготовки к складкообразованию.

Средний участок заготовки вытягивают (рис. 57, б) за второй переход жидкостью высокого давления, подаваемой через отвер­ стия в центральной зоне пуансона.

Этот процесс успешно используют для получения в холодном состоянии куполообразных деталей небольших размеров типа автомобильных фар. В последнее время делаются попытки приме­ нить его для штамповки крупногабаритных днищ.

Существенным ограничением способа является возможность проведения его только в холодном состоянии, а также опасность прорыва жидкости высокого давления и необходимость удаления жидкости из отштампованного днища.

141

Известны рекомендации исследователей по применению для штамповки крупногабаритных днищ некоторых способов штам­ повки, применяемых при глубокой вытяжке цилиндрических деталей.

Рекомендуется использовать вытяжку с дифференциальным прижимом, т. е. с двумя верхними прижимами — обычным и вто­ рым внутренним прижимом, зажимающим участок заготовки на рабочем скруглении матрицы. Второй прижим при вытяжке тон­ костенных цилиндрических деталей предупреждает потерю устой­ чивости кромки заготовки после выхода ее из-под основного прижима.

При штамповке куполообразных деталей применение второго прижима не может дать положительного результата, так как складки образуются на свободном участке заготовки, который второй прижим не охватывает.

По этой же причине малоэффективным является применение для штамповки днищ так называемой обратной вытяжки [69].

Таким образом, можно констатировать, что при изготовлении крупногабаритных тонкостенных днищ в серийном производстве наиболее рациональным является способ вытяжки по частям, выполняемый жестким пуансоном за один ход пресса.

3. ШТАМПОВКА ДЕТАЛЕЙ С ШИРОКИМ Ф Л А Н Ц Е М

ИВ Ы Т Я Ж К А КАРМАНОВ

Технология штамповки

Детали рассматриваемой группы получают местной вытяж­ кой, которая протекает при двухосном растяжении. Наружный диаметр заготовки остается неизменным, и, следовательно, фор­ моизменение заготовки происходит только за счет утонения стенки.

Типовыми деталями, получаемыми местной вытяжкой, яв­ ляются неглубокие сферические, конические и другой формы днища или крышки с широким фланцем (рис. 58, а—е). При вытяжке таких деталей центральный участок заготовки является недоста­ точно прочным для создания меридиональных напряжений, обес­ печивающих пластическое деформирование фланца — перемеще­ ние кромки заготовки.

Местной вытяжкой также получают в штампованных деталях, например типа днищ, карманы, т. е. местные углубления, обра­ щенные выпуклостью внутрь или наружу детали (рис. 58, г, д). На плоских участках деталей часто штампуют канавки жесткости.

Технологические возможности процессов местной вытяжки ограничиваются заданным утонением стенки или опасностью разрушения заготовки на участках, получающих при вытяжке наибольшее утонение стенки.

Вытяжка куполообразных деталей с широким фланцем осу­ ществляется с прижимом (рис. 59). Местную вытяжку также можно выполнять в штампах, предназначенных для вытяжки

142

деталей типа днищ, но в этом случае следует предусматривать ограничение хода ползуна. При штамповке деталей с плоскими или коническими участками требуется калибровочная матрица, ко­ торая помещается внутрь вытяжной матрицы.

в) V

Рис. 58. Типовые детали, получаемые местной вытяжкой:

а — сферическое дннще с фланцем; б, а — коническое дннще с фланцем; г — эллиптическое днище с центральным карманом; 9 — эллиптическое дннще с боковыми карманами

Формообразование карманов одновременно с основной вытяж­ кой детали удается осуществить только в отдельных, наиболее простых случаях, например, если они расположены центрально или на плоскостях детали, перпендикулярных к направлению движения пуансона. Карманы вытягиваются преимущественно в конечный момент формовки.

Обычно получение карманов осуществляется как самостоятель­ ный переход. При этом стремятся провести вытяжку карманов в том же вытяжном штампе и без выемки и без повторной установки формуе­ мой заготовки в штампе. Послед­ нее условие имеет большое значе­ ние при изготовлении крупнога­ баритных деталей в отношении снижения трудоемкости штам­ повки.

Наиболее распространенным способом получения карманов в вытяжном штампе является способ с использованием съемных пуансонов.

На рис. 60 показан штамп для вытяжки эллиптического днища и штамповки в нем карманов, а также для отбортовки центрального отверстия.

В пуансоне / предусмотрены места для крепления пуансо­ нов 3 для вытяжки карманов, а в матрице — соответствующие от­ верстия (матрицы для местной вытяжки). Для упрощения изготов-

143

ленмя матрица составлена из трех основных деталей: вытяжной матрицы 2 кольцевой формы, внутренней матрицы 4 для местной вытяжки и подставки 5.

На первом -переходе — вытяжка эллиптического днища, места для крепления пуансонов закрывают вставками, которые образуют вместе с вытяжным пуансоном эллипсоидную форму днища. Вытяжка днища осуществляется обычным способом.

Рис. 60. Штамп для вытяжки эллиптических днищ с карманами

Затем вставки заменяют пуансонами и в отформованном днище за второй ход ползуна штампуют карманы. При относительно небольших размерах карманов вставки можно не применять.

При использовании вытяжного штампа выполнение карманов осуществляется с одного нагрева заготовки под вытяжку. В от­ дельных случаях применяют повторный местный подогрев при помощи газовых горелок.

Специальные штампы для вытяжки карманов на крупногаба­ ритных деталях применяют в исключительных случаях. Самостоя­ тельную вытяжку карманов более удобно выполнять на открытом прессе с С-образной станиной и применять местный нагрев. Прин­ ципиальная конструкция штампа может быть принята аналогич­ ной конструкции штампа для отбортовки на днищах боковых отверстий (см. рис. 74).

Определение технологических параметров процесса местной вытяжки

В гл. I I (раздел' 3) был дан теоретический анализ процесса вытяжки в общем виде, приведены уравнения для определения утонения стенки, усилия вытяжки и др., в том числе и примени­ тельно к местной вытяжке.

144

Указанные зависимости более подходят к местной, вытяжке деталей типа тарельчатых днищ, имеющих сферическую или сферическо-коническую форму, т. е. куполообразная часть'днища состоит из центрального сферического участка или конического кольцевого участка (см. рис. 58, а й в ) . Такой формы в большинстве случаев выполняются также карманы в днищах.

Наибольшее утонение стенки, которое будет иметь место на центральном участке, можно определить по уравнениям (25)—(50).

Следует иметь в виду, что при штамповке в горячем состоянии на утонение стенки и механические характеристики металла за­ готовки оказывает значительное влияние режим охлаждения при ее контакте с элементами штампа, который зависит от скорости штамповки, толщины заготовки и наличия на контактных поверх­ ностях слоя смазки и окалины.

Наибольшее равномерное утонение стенки при местной вы­ тяжке может достигать четырехкратной величины равномерного относительного удлинения, определяемого при механических ис­ пытаниях на растяжение. Практически утонение стенки у заго­ товок из указанных сталей может быть до 40—50%, если это до­

сферических днищ с фланцем, зона течения металла заготовки распространяется за радиус матрицы. В связи с этим требуется

4. ШТАМПОВКА К О Н И Ч Е С К И Х И ПЛОСКИХ ОТБОРТОВАННЫХ ДЕТАЛЕЙ

Технология штамповки

По форме конические детали можно разделить на три основные группы: простые, с бортом и с фланцем (рис. 61). Эти детали могуг иметь различные соотношения размеров — большого и малого диаметров, высоты и угла конусности. Крупногабаритные плоские отбортованные детали обычно имеют невысокий борт (рис. 61, г).

Рис. 61 Типовые детали:

а — коническая; б — коническая с бортом; в — коническая с фланцем; г — плоское отбортован­ ное днище

Рис. 62. Штамп для формовки-свертки кони­ ческих трубных переходов (исходное поло­ жение)

Рис. 63. Формоизменение заготовки за первый переход формовки-свертки

146

В зависимости от предъявляемых к деталям требований, серийности и наличия на заводе кузнечно-прессового оборудо­ вания конические детали выполняют штампо-сварными или' цельноштампова н ными.

Наиболее просто изготовлять штампо-сварные конические детали. Коническую обечайку сгибают на листогибочной валковой машине и сваривают встык, а затем приваривают дно. Коническую обечайку также получают сваркой из штампованных на прессе конических элементов, если листогибочная машина не обеспечи­ вает гибку требуемой заготовки.

Если коническая деталь имеет цилиндрический борт, то для его получения согнутую и сваренную коническую обечайку протягивают через кольцевую матрицу. Конические детали с фланцем получают путем приварки фланца к конической обечайке.

На котлостронтельиых заводах требуются конические пере­ ходы большой номенклатуры диаметром большого основания ко­ нуса от 54 до 1206 мм, толщиной стенки от 3 до 10 мм. Угол конус­ ности у всех переходов одинаковый и равен 24°.

В связи с этим в ЦНИИТМАШе были проведены исследования известного способа получения конических деталей из плоских секторных заготовок. Этот процесс был усовершенствован с целью обеспечения получения деталей со строгой геометрической формой и с плотно соприкасающимся стыком.

Согласно разработанному способу штамповка детали осу­ ществляется в холодном состоянии в штампе, имеющем пуансон и матрицу с коническими рабочими поверхностями, которые вы­ полняются в соответствии с наружными и внутренними диаметрами детали. Плоскую листовую заготовку в виде кольцевого сектора устанавливают на матрице по упорам со смещением в одну сторону (рис. 62). Точка приложения усилия пуансона к заготовке в на­

и затягивает ее в матрицу (рис. 63, а). Кромки заготовки скользят по скруглению матрицы, при этом происходит первая стадия свертки заготовки, которая длится до момента, пока торец пуан­ сона не соскользнет с заготовки и ее край не упрется в верхнюю плиту штампа (рис. 63, б). Затем свертка заготовки (вторая стадия) происходит при заталкивании ее в матрицу верхней плитой (рис. 63, в). Первый переход заканчивается при соприкосновении верхней плиты с верхней плоскостью матрицы (рис. 63, г).

В результате свертки заготовка принимает коническую форму. Однако верхняя кромка заготовки получается несколько подогну­ той, и если заготовку вытолкнуть из матрицы, то кромки ее вдоль образующей расходятся вследствие пружинения. Для придания заготовке окончательной формы и размеров и для снятия внутрен­ них напряжений выполняется второй переход.

повке конических деталей с углом конусности 60—90° матрица должна иметь скругленный заход, что значительно уменьшает потребную высоту штампа (рис. 65, б).

Относительно глубокие цельноштампованные детали выпол­ няют вытяжкой с прижимом. Вытяжка конических деталей отли­ чается от вытяжки эллиптических и сферических днищ тем, что для придания плоским и коническим поверхностям правильной формы требуется калибровка заготов-ки в конце рабочего хода. Для этой цели в штампе предусматривается калибровочная матрица.

Технологические возможности процесса вытяжки конических деталей лимитирует потеря устойчивости заготовки на свободном

участке и утонение стенки или разрушение ее на границе свобод­ ного участка с контактным участком заготовки с пуансоном. Последнее условие зависит не только от отношения R3/s0, но в зна­ чительной мере от соотношения малого и большого, диаметров конической поверхности.

Чтобы предупредить чрезмерное утонение стенки конической детали или ее'разрушение, при холодной штамповке тонкостенных деталей применяют различные способы штамповки за большое число переходов.

Одним из распространенных способов является способ, при

Формуемая заготовка при этом становится несколько глубже, а радиус малого основания конусной поверхности несколько меньше.

Для изготовления толстостенных конических деталей спо­ собы многопереходной штамповки не нашли применения, так как от технологических изгибов на толстостенных деталях остаются заметные дефекты и, кроме того, многократные нагревы весьма трудоёмки и прессовое оборудование задалживается на длитель­ ное время.

149