книги из ГПНТБ / Технология металлов и других конструкционных материалов учеб. пособие

Завершающие и отделочные операции штамповки. Образовав­ шийся в процессе штамповки в открытых штампах заусенец и оставленные после прошивки пленки удаляют в обрезных штампах на обрезных кривошипных прессах.

Обрезка заусенца выполняется сдвигом поковки относительно неподвижного заусенца. Обрезку и прошивку производят в горячем и холодном состоянии. В холодном состоянии обрезают мелкие и средние поковки из углеродистых сталей, содержащих углерода менее 0,5%, и поковки из низколегированных сталей, содержащих

Обрезные прессы входят в штамповочный агрегат и устанавли­ ваются рядом с молотом, вес падающих частей которого не менее 1,5 т, и кривошипным горячештамповочным прессом усилием не менее 1500 т. У оборудования меньшего тоннажа обрезные прессы не устанавливаются, так как его производительность ниже произ­ водительности штамповочного оборудования. В этом случае поков­ ка обрезается на специальном участке обрезки.

Конструкция штампов для обрезки и прошивки поковок зави­ сит от типа производства. В мелкосерийном производстве холодная и горячая обрезка ведется в простейших универсальных штампах; в крупносерийном и массовом производстве холодная обрезка и прошивка — в последовательныхштампах, горячая — в комбиниро­ ванных (за один ход пресса совершают обрезку, прошивку и, если необходимо, правку) (рис. 140, а).

Радиальный заусенец, получающийся при штамповке в закры­ тых штампах и в штампах ГКМ, удаляют при механической обра­ ботке или на заточных станках.

Правка поковок устраняет их искривление, которое может возникать на всех этапах технологического процесса. В результате перекоса гравюры основного штампа кривизна ручья целиком пере­ косится на поковку. Застревание поковки в штампе и удар по ней при удалении из штампа также приводит к искривлению. Искрив­ ление возникает при обрезке и прошивке, когда напряжение среза выше напряжения на изгиб. Наконец, причиной искажения формы может быть коробление при остывании и термической обработке.

Правка бывает горячая и холодная. Горячая правка во избе­ жание удорожания процесса и повышения угара должна произво­ диться с того же нагрева, что и штамповка, холодная — после термической обработки и очистки от окалины.

Горячая правка может производиться: а) в окончательном ручье того же штампа, на котором производилась штамповка (при этом устраняются все искажения, полученные при обрезке, однако резко снижается производительность основного штамповочного оборудования); б) в правочных молотовых штампах (в этом слу­ чае молот для правки устанавливают в линию штамповочного агрегата); в) на обрезных прессах (в последовательных с обрезкой

240

штампах, на прессе с двумя штампами и на специально установ­ ленном в лимит обрезном прессе).

Холодная правка производится на молотах (обычно фрикцион­ ных) и в правочных штампах на обрезных прессах. Поковки типа длинных валов, которые для правки требуют перегиба в противо­ положную сторону, правят на специальных правильных прессах-. Поковки типа стержня с головкой (клапан и др.) правят обкаткой между подвижной и неподвижной плитами.

Чеканка и калибровка применяются для повышения точности и чистоты поверхности поковок и заключаются в незначительном

обжатии. Обжатие между параллельными плитами называется чеканкой (рис. 140,6). Чеканка повышает точность размеров в на­ правлении приложения усилия. Обжатие поковки со всех сторон с образованием небольшого заусенца по разъему штампов называ­ ется объемной чеканкой или калибровкой (рис. 140,в).

Чеканка обычно совершается без нагрева, после термообработ­ ки и очистки от окалины. Точность при грубой чеканке составляет ±0,1—0,25 мм, при тодной ±0,05—0,15 мм. Двукратной чеканкой можно получить точность до ±0,025 мм. Припуски на чеканку определяются в зависимости от ее площади. Чистота поверхности при чеканке достигает 7-го класса.

Калибровку обычно-производят в горячем состоянии. Точность ее ниже точности чеканки на 30—50%.

Чеканочные штампы ввиду значительных усилий деформации и для обеспечения максимальной жесткости и точности имеют ми­ нимальное количество деталей.

Основной машиной для чеканки является кривошипно-колен­ ный (чеканочный) пресс. Механизм пресса обеспечивает значи­ тельные усилия на ползуне при достаточной жесткости и сравни­

241

тельно малом крутящем моменте на валу двигателя. Удельное давление чеканки зависит от предела прочности материала при температуре чеканки. Для малоуглеродистых - сталей оно равно 13—16 т/см2, для легированных 25—30 т/см2.

Очистка поковок от окалины повышает срок эксплуатации режущего инструмента, облегчает контроль качества поковок, при­ дает им товарный вид и обеспечивает безопасность эксплуатации деталей, полученных из поковок. Очистку производят в барабанах, дробеструйных и дробеметных камерах и травлением в растворе серной кислоты или смеси серной и соляной кислот.

§ 9. Листовая штамповка

Общие сведения. Листовая штамповка представляет собой от­ расль машиностроения, занимающуюся производством изделий и деталей машин из листового материала. Она широко применяется в металлообрабатывающей промышленности, а в ряде производства занимает ведущее положение. Так, в приборостроении листовой штамповкой изготовляется 70—80% всех деталей, в производстве предметов широкого потребления — 95—98, в автомобильной про­ мышленности — 60—75, в тракторной — до 40%.

Листовая штамповка характеризуется высокой производитель­ ностью, стабильностью качества и точностью, не зависящими, как правило, от квалификации рабочего, высоким коэффициентом использования металла, возможностью применения простых и эффективных методов механизации и автоматизации процесса.

Недостатком этого процесса является высокая стоимость штам­ пов, поэтому применение специальных штампов (сконструирован­ ных для определенных деталей) целесообразно только в крупносе­ рийном и массовом производстве. В мелкосерийном производстве внедряются специальные методы штамповки с применением про­ стой дешевой оснастки.

Методами листовой штамповки обрабатываются углеродистые и специальные стали, цветные металлы и сплавы, а также различ­ ные листовые пластики и неметаллические материалы (бумага, кар­ тон, фибра, ткани). Основным материалом является тонколистовая качественная сталь.

Технология листовой штамповки. В понятие технологии штам­ повки входит выбор материала, установление типа раскроя, опре­ деление количества технологических переходов, определение испол­ нительных размеров рабочих частей штампа.

Выбор материала для изготовления детали производится исхо­ дя из требований конструктивных (прочность), технологических (возможность штамповки данной детали из данного материала), эксплуатационных (соответствие свойств материала условиям эксплуатации — износостойкость, устойчивость против коррозии, жаростойкость и т. д.) и экономических (стоимость). Из материа­ лов, удовлетворяющих всем техническим требованиям, выбирают наиболее дешевый.

242

Раскроем металла Называется способ расположения деталей в заготовке — листе, полосе, ленте. Принятый тин раскроя во мно­

гом определяет расход материала на изделие.

Существует два основных типа раскроя: с технологическими отходами и без них. Последний носит название малоотходного или безотходного. Раскрой с отходами применяется для получения изделий повышенной точности (3, 4 и 5-й класс), а также изделий сложной формы и характеризуется наличием перемычек между вырезаемыми изделиями и между изделием и краем полосы. Вели­ чина перемычек должна быть достаточной, чтобы компенсировать

неточности подачи заготовки в штамп.

Расположение деталей друг относительно друга и относительно полосы зависит от их конфигурации. Необходимо подбирать такое расположение, при котором использование материала будет наи­ лучшим. Показателем, характеризующим качество раскроя, явля­ ется коэффициент использования материала

Все операции листовой штамповки можно разделить на две группы: разделительные, связанные с полным или частичным отде­ лением одной части материала от другой (вырубка, отрезка, надрезка и др.), и формоизменяющие, связанные с перемещением одной части материала относительно другой без нарушения связи между ними (гибка, вытяжка, формовка и др.).

Резка листового материала. В прессовых цехах детали редко штампуются из целого листа. Обычно лист предварительно разре­ зают на полосы требуемой ширины. Эта заготовительная операция

невысокой точности, контур которых имеет форму окружности либо ограничен выпуклой ломаной или кривой линией.

Наиболее широко применяются параллельные (рис. 141, а), гильотинные (с наклонными ножами) (рис. 141,6) и ■роликовые (рис. 141, в, г) ножницы.

В первых двух типах ножниц нижний нож неподвижен, а верх­ ний перемещается вниз и вверх. У параллельных ножниц режущая кромка верхнего ножа параллельна кромке нижнего, поэтому реза­ ние начинается одновременно по всей длине листа В, усилие реза­ ния быстро нарастает и достигает больших значений.

Параллельные ножницы дают хорошее качество среза и повы­ шенную точность. Однако применение их ограничивается резкой

2 43'

тонколистовой стали, цветных металлов, слоистых пластиков вслед­ ствие больших усилий и ударного характера нагрузки.

В гильотинных ножницах благодаря наличию угла створа ф (2—6°) резание происходит только на части длины листа, и поэтому усилие резания не зависит от длины листа.

Резка листов на полосы, разрезка рулонной стали на более узкие ленты, а также вырезка кругов и заготовок с криволинейным контуром производится на дисковых ножницах (рис. 141, в, г) при

их получаются либо готовые детали, либо заготовки. Эти операции выполняются при помощи матриц и пуансонов. В общем случае матрица представляет собой стальную закаленную плиту (круг­ лую, прямоугольную), имеющую отверстие с острыми кромками, пуансон — стальной закаленный стержень, также имеющий острые кромки. В крупных штампах матрица и пуансон состоят из отдель­ ных частей — секций.

Процесс вырубки-пробивки показан на рис. 142, а. Наличие зазора приводит к тому, что деталь получается конусной. Это осо­ бенно заметно при штамповке толстолистового металла.

Если требуется получить деталь с хорошим качеством поверх­

тонколистового металла (алюминий толщиной до 2 мм, сталь мяг« кая до 1 мм) находит применение штамповка резиной. Достоин­ ствами этого метода являются дешевизна оснастки и возможность быстро переходить к штамповке деталей на новое изделие, недо­

тейнер, прикрепленный к траверсе гидравлического пресса. Шаблон представляет собой пластину инструментальной стали толщиной около 10 мм, имеющую конфигурацию вырезаемой детали. Кромки

244

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 при­ жимается к подштамповой плите. При дальнейшем сжатии резина давит на отогнутый материал, натягивает его и при определенном усилии обрезает (обрывает) по контуру шаблона. Резина может применяться также для пробивки сравнительно крупных отверстий в тонком материале.

Для деталей из слоистых плас­ тиков (текстолит, стеклотекстолит, гетинакс), слюды и миканитов (ком­ позиция слюды и синтетической смо­ лы), органического стекла и других материалов применяются вырубные штампы той же конструкции, что и для металла. Разница заключается только в том, что указанные матери­ алы (за исключением слюды) тол­ щиной свыше 2—3 мм перед штам­ повкой подогреваются во избежание выкрашивания.

Неметаллические материалы — кожа, бумага, картон и другие — штампуются на упрощенных просеч­ ных штампах. Просечный штамп для вырубки шайбы (рис. 142, в) произ­ водит одновременно две операции: вырубку наружного контура кольце­ вым ножом 1 и пробивку внутренне­

го отверстия пуансоном 2. Вырубленное изделие удаляется вытал­ кивателями 3 и 4. Штамповка производится на подкладке из неме­ таллического материала.

Гибка. Этот процесс производится в штампах на прессах, а так­ же на специальных гибочных машинах, профилировочных станках, механизированных и ручных приспособлениях.

В процессе гибки внешние волокна изгибаемого материала растягиваются и удлиняются, внутренние сжимаются. При изгибе по радиусу, меньшему некоторой величины, называемой минималь­ ным’ радиусом гибки, в- заготовке могут появиться поперечные тре­ щины, ведущие к разрушению материала. Величина минимального радиуса гибки зависит от свойства и состояния исходного материа­ ла, направления изгиба относительно направления прокатки (вдоль или поперек волокон) и состояния кромок заготовки. Она приво­ дится в справочниках по холодной штамповке.

При гибке труб и профильных заготовок материал может не разрушаться при малом радиусе изгиба. Деталь получается негод­ ной из-за потери правильной формы (сплющивание сечения у труб) и образования складок на поверхности. Для предотвращения этих

245

дефектов производят гибку труб с наполнителями (набивают их прокаленным песком, заливают канифолью, гнут на оправках).

Длина заготовки, необходимая для получения изогнутой части детали, определяется по нейтральной линии, которая располагается между наружными и внутренними сжатыми волокнами изгибаемо­ го материала. Нейтральная линия при изгибе не проходит посреди­ не сечения, а смещается к внутренней стороне угла. Смещение тем

больше, чем меньше отношение радиуса изгиба R к толщине а (рис. 143).

Ввиду наличия упругих деформаций изделие после гибки ме­ няет свою форму. Это явление носит на­ звание пружинения. Для оценки величи­ ны пружинения при изгибе по относитель­ но малым радиусам (R/a< 10) введено понятие угла пружинения ап, который представляет собой разность между углом детали после штамповки и углом инстру­ мента. При гибке по большим радиусам (Rja^> 10) учитывается изменение не

только угла, но и радиуса закругления (радиуса кривизны). Радиус детали после гибки всегда больше радиуса инструмента.

Чтобы избежать затруднений при дальнейшей обработке и сборке изогнутых деталей, необходимо обязательно учитывать пружинение. Это делается путем изменения угла инструмента (пуансо-. на и матрицы) на величину угла пружинения и уменьшения радиуса его кривизны.

Вытяжка. Глубокая вытяжка листового материала — процесс, применяемый для производства полых изделий различной формы и размеров из плоской заготовки при помощи штампов. При значи­ тельной глубине изделия может понадобиться не одна, а две или более операции. В этом случае на последующие операции поступает уже не плоская заготовка, а полая.

Рис. 144. Вытяжка

Рассмотрим вытяжку цилиндрического колпачка без прижима (рис. 144, а) и с прижимом (рис. 144,6). В первом случае круглая плоская заготовка 1 укладывается на матрицу 2 и затем протяги­ вается сквозь нее пуансоном 3. В результате получается колпачок, диаметр которого равен диаметру отверстия в матрице, а высота

246

зависит от диаметра заготовки. Если материал тонкий, а заготовка значительно больше отверстия в матрице, на фланце заготовки образуются складки-гофры, изделие получается негодным. Чтобы предупредить образование складок, применяют прижим 4,- который прижимает заготовку и не дает ей возможности приподняться над матрицей и образовать складки.

Вытяжка без прижима применяется для получения неглубоких

Для второй и последующих операций этот коэффициент представ­ ляет отношение последующего диаметра полуфабриката к пре­ дыдущему: mi = di/d; m2 = d2Jdl и т. д.

Чем меньше коэффициент вытяжки, тем большее изменение формы претерпевает заготовка. Вследствие наклепа при вытяжке пластичность металла понижается, поэтому с каждой операцией коэффициент вытяжки увеличивается (ухудшается). Для восста­ новления пластических свойств металла вводится промежуточный отжиг полуфабриката.

Коэффициент вытяжки зависит от свойств материала, размеров изделия, смазки, геометрии штампа и т. д. Величина его для раз­ личных материалов устанавливается практикой и приводится в справочниках.

Усилие вытяжки Р определяется по сложным теоретическим или более простым эмпирическим формулам. Наиболее просто, хотя всегда с запасом, можно определить усилие из выражения

Р = La а в,

где L — длина периметра вытягиваемого изделия в плане; а — толщина материала; ств — предел прочности.

Вытяжка с утонением (протяжка) применяется для получения изделий, у которых стенки тоньше дна. Заготовка, представляющая собой кружок или предварительно вытянутый колпачок, заклады-, вается в матрицу и протягивается сквозь нее пуансоном. Основным отличием этого процесса от ранее рассмотренного является то, что зазор мёжду матрицей и пуансоном значительно меньше толщины материала. Поэтому и происходит утонение стенок.

При определении формы и размеров заготовок при вытяжке считается, что поверхности заготовки и готового изделия равны между собой. При вытяжке с утонением исходят из равенства объемов заготовки и готового изделия.

При изготовлении небольшими партиями деталей сложной формы, а также при штамповке некоторых сплавов находят при­ менение такие способы, как вытяжка эластичной матрицей или эла­ стичным пуансоном, вытяжка с подогревом фланца. Применение

247

зти^ способов позволяет либо резко снизить затраты на инстру­ мент, либо повысить интенсивность процесса.

Для вытяжки при помощи эластичной матрицы в качестве последней служит резина или жидкость, давящая на заготовку через резиновую диафрагму. Штамповка выполняется в следующем порядке (рис. 144, в). Листовая заготовка, лежащая на складко­ держателе 3, вдавливается жестким пуансоном 4 в резиновую по­ душку 2, играющую роль матрицы. Резина заключена в обойму 1. При этом заготовка испытывает по всей поверхности равномерное давление резины и обтягивает пуансон, принимая его форму. При

малая высота получаемых изделий и низкая стойкость резины.

Вытяжка с подогревом фланца заключается в том, что путем нагрева уменьшают сопротивление деформированию фланца заго­ товки, сохраняя неизменной прочность дна. Это позволяет втяги-‘ вать в матрицу больший объем металла, т. е. улучшать коэффи­ циент вытяжки. Вытяжка с подогревом применяется в настоящее время для алюминиевых и магниевых сплавов, требующих сравни­ тельно невысокой температуры нагрева. Этот способ незаменим при вытяжке магниевых сплавов, так как без нагрева они не под­ даются штамповке. Нагрев производится электрическими нагрева­ телями, вмонтированными в матрицу.

Холодное выдавливание. В процессе холодного выдавливания металл под действием высокого давления переходит в пластичное состояние и течет в зазор между матрицей и пуансоном. Изделия, полученные по этому способу, отличаются высокой точностью, хорошим качеством поверхности и высокими механическими свой­ ствами. Для холодного выдавливания пригодны материалы, обла­ дающие высокой пластичностью, возможно меньшим пределом прочности и небольшой способностью к упрочнению. Этим требо­ ваниям в максимальной степени удовлетворяют такие металлы, как олово, свинец, цинк, алюминий и мягкая сталь.

Существует два основных способа выдавливания: прямой, при

пуансона (рис. 145,6). Применяется также комбинированное вы­ давливание (рис. 145, в), при котором металл течет одновременно в направлении движения пуансона и навстречу ему.

Прямой способ применяется для получения изделий типа стержней и трубок с различной формой поперечного сечения, обрат­

в дне детали.

Заготовки для выдавливания из цветных металлов получаются вырубкой в штампах из толстого листа с последующей зачисткой либо отрезкой от прутка. К качеству боковой поверхности заготовок предъявляются повышенные требования, так как все ее дефекты переходят на готовое изделие.

248

После вырубки или отрезки заготовки подвергаются отжигу, травлению, промывке и сушке, затем покрываются смазкой и по­ ступают на выдавливание. В качестве смазки для всех цветных металлов применяются животные жиры, растворенные в бензине. Помимо этого, для алюминия рекомендуется тальк, смешанный с цилиндровым маслом, глицерином и органическим растворителем, и смазки на основе воска, для меди и латуни — пластинчатый графит с машинным маслом.

Рис. 145. Холодное выдавливание

Для снятия наклепа и получения наибольшей пластичности стальные заготовки подвергают отжигу. Окалина с их поверхности удаляется путем обкатки в галтовочных барабанах. Затем заготов­ ки подвергаются кратковременному травлению в растворе серной кислоты с целью удаления остатков окалины и создания мелкоше­ роховатой поверхности. Подготовленные таким образом заготовки после промывки фосфатируются в ваннах, содержащих раствор окиси цинка, азотной и фосфорной кислот. При этом на поверхно­ сти детали получается прочный пористый слой, хорошо удерживаю­ щий смазку. В качестве смазки применяется мыльная эмульсия, которой пропитывается заготовка. После выдавливания смазка и фосфатный слой легко удаляются промывкой в содовом растворе.

Беспрессовые операции листовой штамповки. Для изготовления крупных штампованных деталей из толстолистового металла повы­ шенной прочности применяют новый метод штамповки — с по­ мощью энергии взрыва. При этом можно получить практически любые давления при наименьших затратах на оборудование и штампы. Стремление снизить расход на штампы, увеличить точ­ ность и надежность деталей и их соединений вызвало появление штамповки с использованием электрогидравлического эффекта и штамповки при помощи мощного магнитного поля.

При штамповке взрывом в качестве источника энергии исполь­ зуется взрыв порохов, газовых смесей и бризантных (дробящих)

249