Листовая штамповка . Операции

разделительные формоизменяющие комбинированные

Разделительные операции .

К разделительным операциям относят :

• отрезку ;

• разрезку ;

• вырубку ;

• пробивку ;

• надрезку ;

• проколку ;

• зачистку .

Отрезка –полное отделение части заготовки по незамкнутому контуру

Разрезка – разделение заготовки на части по незамкнутому контуру .

Вырубка – разделение заготовки по замкнутому контуру для получения плоского полуфабриката или детали с заданным наружным контуром .

Пробивка – образование в заготовке сквозных отверстий с удалением материала в отход .

Надрезка – неполное отделение части заготовки .

Обрезка – отделение от детали технологического отхода .

Проколка – образование сквозных отверстий в листовой заготовке без удаления материала в отход .

Зачистка – удаление мелких неровностей и шероховатостей по внутреннему и наружному контуру полуфабриката после вырубки или пробивки для получения точных размеров детали и малой шероховатости .

В штамповочных цехах листы и ленты разрезают на полосы или заготовки на ножницах с параллельными или гильотинными ножами , дисковых ножницах , а также на прессах в отрезных штампах .

Вырубку , пробивку , зачистку , разрезку и надрезку выполняют в штампах на прессах .

Механические прессы с ЧПУ для холодной штамповки листового металла.

При разделении металла различают три стадии :

1. пуансон слегка сжимает и изгибает металл заготовки , вдавливается в металл и вдавливает его в матрицу ;

2. продолжающееся вдавливание пуансона в матрицу вызывает перерезание волокон металла сверху ( кромкой пуансона ) и снизу ( кромкой матрицы ) ;

3. при дальнейшем движении пуансона в материале появляются трещины скалывания . Эти трещины соединяются и таким образом одна часть металла отделяется от другой .

Для того , чтобы трещины сошлись между пуансоном и матрицей должен быть зазор вполне определенной величины , зависящий от свойств , состояния и толщины разделяемого материала . Если этот зазор выбран правильно , то трещины идущие от режущих кромок пуансона и матрицы сходятся .

На поверхности вырубленной детали имеются три зоны :

а— нормальная поверхность среза, б — дефектная поверхность среза 1

На поверхности пробитого отверстия имеются те же зоны , расположенные в обратном порядке .

зазор между матрицей и пуансоном оказывает большое влияние на величину усилия , износостойкость штампов и особенно на качество и точность получаемых деталей .

При малом зазоре трещины скалывания не соединяются , а идут параллельно друг другу и металл разрывается , в результате чего в верхней части детали образуется второй блестящий цилиндрический поясок с заусенцем и неровным краем .

Большой зазор приводит к затягиванию металла в зазор и к отрыву металла , в результате чего деталь получается с рваными краями и заусенцами .Большой зазор при вырубке из толстого материала приводит к образованию на детали сильно закругленной кромки и со стороны матрицы .

При неравномерном зазоре по контуру вырубки могут образовываться заусенцы ; кроме того увеличивается рабочее усилие вырубки и происходит ускоренное затупление режущих кромок .

Для операций вырубки и пробивки зазор на обе стороны определяют как :

z = m S ,

где m = 0,05…0,2 ; S – толщина материала .

Дп

Дм

4

Дд

При вырубке диаметр Дм равен диаметру Дд получаемой детали , а диаметр пуансона

Дп = Дд – z .

При пробивке наоборот Дм = Дд + z .

Расчетное усилие пробивки P= KLSτср ,

где К = 1,3…3 ( коэффициент затупления режущих кромок ) , L – периметр среза , τср = (0,6…0,7)σв .

При вырубке и пробивке пуансон плотно охватывается металлом . Для снятия металла с пуансона следует приложить усилие

Рсн= 0,1Р .

Точность при вырубке и пробивке достигает 8…11 квалитетов . Для повышения точности применяют штампы с направляющими колонками и с прижимом материала во время резки . Точность вырубки зависит от вида матриала , способа резки , конструкции штампа , его состояния , степени затупления кромок , зазора и его распределения по контуру вырубки .

Для уменьшения потребного усилия вырубки следует применять пуансоны и матрицы с наклоном режущих кромок внутрь или наружу Угол скоса обычно составляет 2…8 град .

При вырубке скос делают на матрице , а пуансон изготавливают плоским . Тогда вырубленная деталь получается плоской , а отход изогнутым . При пробивке наоборот – скос делают на пуансоне .

При пробивке нескольких отверстий применяют пуансоны разной длины . При этом они работают неодновременно , что позволяет осуществлять штамповку с меньшим усилием .

Для получения заготовок или деталей с малой шероховатостью поверхности среза применяют чистовую вырубку :

• в матрице с закругленными кромками ;

• пуансоном с размерами больше матрицы ;

• пуансоном с закругленными режущими кромками ;

• с прижимом имеющим клиновые ребра .

При вырубке по первому способу благодаря закруглению режущих кромок деталь в начале штамповки получается по размерам больше матрицы . В процессе вырубки излишек металла обжимается и деталь получается с полированной поверхностью среза . Такой способ штамповки , применяют например при вырубке небольших зубчатых колес в часовой промышленности и приборостроении. При вырубке пуансоном с большими размерами , чем размер матрицы , пуансон не доходит до матрицы на 0,2…0,5 мм .Проталкивание детали происходит при вырубке последующих деталей . Этот способ применяют при чистовой вырубке из мягких цветных сплавов толщиной 0,5…5 мм.

При вырубке с клиновым прижимом деталь вырубается из заготовки , предварительно сжимаемой врезающимся ребром .Зазор на сторону между пуансоном и матрицей

z = 0,01 S .

Общее усилие чистовой вырубки с учетом усилия прижима и противодавления составляет

Рчв ≈ 3Р.

Детали , полученные точной вырубкой или пробивкой , обычно не требуют дальнейшей обработки и сразу пригодны для монтажа .

При изготовлении средних и небольших деталей применяют чистовую вырубку и пробивку с прижимом заготовки под большим давлением (500…600 Мпа ) , а при изготовлении малых точных отверстий ( 0,3 S ) – чистовую вырубку с непрерывным направлением пуансона .

Вырубку и пробивку резиной применяют в мелкосерийном производстве для получения деталей из тонколистового материала ( стальных – до 1 мм и алюминиевых до 2 мм ) .

Схемы способов штамповки деталей эластичной средой:

а) закрытый; б) полузакрытый; в) полуоткрытый; г) открытый

Высота шаблона около 10 мм ; толщина резиновой подушки – в 4…5 раз больше высоты шаблона . Резиной можно одновременно вырубать наружный контур и пробивать отверстие или формировать углубление . Преимущества этого способа – простота и дешевизна штампов .

Недостатки – ограничения на толщину обрабатываемого материала и большой его отход .

Вырубку резиной осуществляют главным образом на специальных гидравлических прессах , реже на кривошипных машинах . В качестве эластичной среды вместо резины применяют полиуретан , который обладает более высокой прочностью , износоустойчивостью и эластичностью . Эти свойства полиуретана позволяют получать изделия высокого качества , не требующие дальнейшей доработки контура .

Зачистку применяют для повышения точности и уменьшения шероховатости поверхности среза после вырубки .При зачистке неровности по контуру заготовки срезают в зачистном штампе :

Для этого при вырубке оставляют припуск , который складывается из зазора z и специального припуска «у» на зачистку :

Наружный контур зачищают пуансоном с размерами меньше матрицы . В обоих случаях заготовку устанавливают на матрицу широкой частью . При зачистке пуансоном больше матрицы пуансоны не пригоняют по матрице , что удешевляет их изготовление .

Для получения более высокой точности и уменьшения шероховатости выполняют последовательно две или три зачистки .

Точность небольших отверстий может достигать 0,01…0,03 мм на диаметр .

для получения чистых отверстий диаметром до 12…15 мм в листовых деталях из цветных материалов могут применять одновременную пробивку и зачистку ступенчатым пуансоном .

Пробив нижним торцом отверстие , пуансон первым выступом зачищает его со снятием стружки , , а вторым калибрует , обеспечивая заданную точность и шероховатость поверхности .

Недостаток – быстрый износ зачистного уступа пуансона . При такой зачистке нужен прижим .

Также применяют зачистку с калиброванием обжатием . Наружные контуры небольших деталей получают продавливают через матрицу с коническим отверстием , а отверстия – продавливанием пуансона с закругленными режущими кромками .

При этом класс шероховатости повышается до 8-го . Вырубку и зачистку нередко производят в одном штампе , вырубную и зачистную матрицу которого располагают одну под другой .

Обработка металлов резанием

Резание металла является в настоящее время самым распространенным способом окончательного формообразования деталей машин и, несмотря на появление принципиально новых способов формообразования, такое положение сохранится еще не одно десятилетие.

Это определяется:

- широкими возможностями формообразования (резанием можно получить как форму простейшего ступенчатого валика, так и форму лопатки турбины)

- относительно низкими энергозатратами процесса

- высокой точностью и низкой шероховатостью поверхностей, достижимой в процессах резания

- достаточно широким спектром обрабатываемых материалов

- возможностью применения универсального режущего инструмента

- наличием широкой номенклатуры оборудования, обеспечивающего получение различных по форме поверхностей.

К существенным недостаткам процесса следует отнести :

- большой, в ряде случаев, отход материала в виде стружки,

- низкую производительность

- сложности автоматизации (из-за сложной кинематики процесса и трудностей контроля параметров изделия в процессе резания

Физические основы резания металлов

Процесс резания состоит в отделении слоя материала заготовки за счет внедрения в неё режущего клина инструмента.

Естественно, не каждый клинообразный предмет может внедряться в материал заготовки.

Для этого твердость его должна быть выше, чем твердость материала заготовки.

Не всякий клин при внедрении способен отделять определенный слой материала, для этого он должен обладать определенными геометрическими параметрам и двигаться по определенному направлению относительно поверхности заготовки.

Для формирования требуемой геометрии обработанной поверхности режущий клин должен двигаться по определенной траектории , которую обеспечивает металлорежущее оборудование - станок .

При внедрении режущего клина инструмента сначала происходит его упругий контакт с заготовкой, потом он переходит в пластический контакт - смятие и, далее, при нормальных условиях резания, возникает преимущественное развитие пластической деформации в срезаемом слое, реализуемое за счет сдвига слоев металла относительно друг друга (рис.2). При обработке пластичных материалов резанием ,конечно, пластически деформируется и определенный слой на обработанной поверхности, что приводит к повышению его твердости (наклеп) и возникновению остаточных (обычно растягивающих)

напряжений.

Возможно конечно и резание хрупких материалов - в этом случае сразу после стадии упругого контакта наступает стадия разрушения обрабатываемого материала - его скалывание. Так как траектория линий скалывания отличается от траектории движения вершины лезвия , на обработанной поверхности образуются щербинки. Поэтому хрупкие материалы достаточно сложно обработать резанием с низкой шероховатостью поверхности.

В зависимости от свойств обрабатываемого материала и условий резания образуется тот или иной вид стружки. Вид стружки существенно определяет условия ее удаления из зоны резания, иногда существенно затрудняя протекание процесса.

При движении режущего клина относительно заготовки в процессе резания на него действуют силы давления со стороны деформируемого срезаемого слоя Nп. Силы трения сходящей по передней поверхности стружки Fтрп, силы давления и трения со стороны пластически деформируемых слоев на обработанной поверхности Nз,Fтрз (или

поверхности резания). Равнодействующая этих сил R, зависящая от прочности обрабатываемого материала и условий резания, нагружает режущий клин и державку инструмента и при неправильно установленных параметрах процесса может привести к их разрушению.

Работа сил трения

Aтр = Fтрп * Vстр + Fтрз * V

полностью переходит в тепло, которое распространяется в стружку, заготовку, инструмент и окружающую среду.

Наибольшее влияние на ход процесса оказывает тепло распространяющееся в инструмент, так как нагрев его приводит к потере твердости и , следовательно, к износу и разрушению.

Стремление повысит производительность процесса наталкивается на ограничения связанные с нагревом инструмента при увеличении скорости его движения относительно заготовки (скорости резания). Прогресс развития процесса резания во многом связан с разработкой термостойких инструментальных материалов, сохраняющих свою

прочность и твердость при высоких температурах.

Основные инструментальные материалы, применяемые при резании.

----------------------T------T-----------T---------------------------¬

¦Название и ¦Термо-¦Скорость ¦ Области применения в ¦

¦состав ¦стой- ¦резания ¦ настоящее время ¦

¦ ¦кость ¦при точении¦ Время изобретения и ¦

¦ ¦ ¦стали 45 ¦ использования ¦

¦ ¦°С ¦м/мин ¦ ¦

+---------------------+------+-----------+---------------------------+

¦Углеродистые ¦150- ¦ < 5 ¦ Инструмент слабо нагрева- ¦

¦инструментальные ¦200 ¦ ¦ющийся в процессе работы: ¦

¦стали (У8-У13) ¦ ¦ ¦напильники, зубила, ¦

¦(С 0,8-1,3%) ¦ ¦ ¦деревообрабатывающий ¦

¦ ¦ ¦ ¦инструмент. ¦

¦ ¦ ¦ ¦С неизвестных времен по ¦

¦ ¦ ¦ ¦настоящее время ¦

¦Инструментальные ¦200- ¦ < 8 ¦ Применяется для инстру- ¦

¦легированные стали ¦400 ¦ ¦мента , работающего при ¦

¦ХВГ,9ХС, Х6ВФ и др. ¦ ¦ ¦малых скоростях резания: ¦

¦С 0,8-1,5%, легиро- ¦ ¦ ¦протяжки, развертки:сверла,¦

¦ваны хромом, марган- ¦ ¦ ¦зенкеры, деревообрабаты- ¦

¦цем, ванадием, моли- ¦ ¦ ¦вающий инструмент. ¦

¦бденом, вольфрамом ¦ ¦ ¦ Применяются с 19 века ¦

¦и др, элементами. ¦ ¦ ¦по настоящее время. ¦

¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦Быстрорежущие стали ¦600- ¦ < 30 ¦Металлообрабатывающий ¦

¦Р18,Р6М5, Р18Ф2К8М ¦700 ¦ ¦инструмент сложной формы: ¦

¦и др. ¦ ¦ ¦сверла, фрезы, резцы и т.д.¦

¦Легированы вольфра- ¦ ¦ ¦инструмент ,работающий при ¦

¦мом (от6 до 18%), ¦ ¦ ¦ударных нагрузках. ¦

¦молибденом, хромом, ¦ ¦ ¦ Применяется с конца 19 ¦

¦ванадием, кобальтом. ¦ ¦ ¦века по н.в. ¦

¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦Металлокерамические ¦800- ¦ <100 ¦Основная масса металлорежу-¦

¦твердые сплавы ¦1000 ¦ ¦щего инструмента. ¦

¦Получены методом ¦ ¦ ¦ Применяются с 20-х годов ¦

¦порошковой металлур- ¦ ¦ ¦20-го века по н.в. ¦

¦гии и состоят: ¦ ¦ ¦ ¦

¦из карбида вольфрама ¦ ¦ ¦ ¦

¦(84-96%) и кобальта ¦ ¦ ¦ ¦

¦(ВК16,ВК8,ВК4 и др.) ¦ ¦ ¦ ¦

¦Карбидов титана ¦ ¦ ¦ ¦

¦(5-30%), карбидов ¦ ¦ ¦ ¦

¦вольфрама и кобальта ¦ ¦ ¦ ¦

¦(Т5К10,Т30К4 и др.) ¦ ¦ ¦ ¦

¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦Минералокерамика ¦1100- ¦ <300 ¦Резцы для чистового точения¦

¦(ЦМ332, ВОК60 и др) ¦1200 ¦ ¦при отсутствии ударных ¦

¦Состав:Al2O3 + карби-¦ ¦ ¦нагрузок. Данные материалы ¦

¦ды и оксиды др.метал-¦ ¦ ¦весьма твердые, но чрезвы- ¦

¦лов. ¦ ¦ ¦чайно хрупкие. ¦

¦ ¦ ¦ ¦ Применяются с 50-х годов ¦

¦ ¦ ¦ ¦20 века по н.в. ¦

¦Поликристаллические ¦800 ¦при обраб. ¦ Резцы для обработки ¦

¦искусственные алмазы ¦ ¦стали не ¦цветных сплавов, особо ¦

¦ ¦ ¦применяются¦твердых материалов. ¦

¦ ¦ ¦ ¦ Применяются с 60-х годов ¦

¦ ¦ ¦ ¦20 века по н.в. ¦

¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦ Поликристаллы кубич-¦1500 ¦ < 600 ¦ Резцы и резцовые вставки ¦

¦ческого нитрида бора-¦ ¦ ¦фрез для обработки сталей, ¦

¦ЭЛЬБОР, КОМПОЗИТ ¦ ¦ ¦в том числе закаленных, ¦

¦ ¦ ¦ ¦твердых материалов, керами ¦

¦ ¦ ¦ ¦ки и т.д. ¦

¦ ¦ ¦ ¦ Применяются с 70-х годов ¦

¦ ¦ ¦ ¦20-го века ¦

L---------------------+------+-----------+----------------------------

Инструментальные материалы достаточно дороги, поэтому инструмент изготавливают обычно составным, выполняя из инструментального материала только режущую часть, которая соединяется с остальной частью ( корпусом,державкой...) с помощью сварки, пай-

ки или механического крепления.

Резцы с механически закрепленными пластинками и пластинки из металлокерамических твердых сплавов