Леция 3 Технология штамповки

3.1 Общие сведения

Для изготовления многих деталей электрических машин широкое применение получила холодная штамповка как один из прогрессивных технологи­ческих процессов.

Преимуществами холодной штамповки по сравнению с другими способа­ми получения заготовок являются:

1. возможность получения деталей сложной формы;

2. возможность создания прочных и жестких, но легких конструкций;

3. возможность получения деталей с высокой точностью (8...9-й квалите-ты) без последующей механической обработки;

4. возможность получения деталей с одинаковыми размерами;

5. высокая производительность технологического процесса;

6. экономичное использование материала;

7. низкая себестоимость деталей.

Холодную штамповку подразделяют на объемную (сортового материала) и на листовую (листового материала).

Основными видами листовой штамповки, применяемыми в электромаши­ностроении, являются операции вырубки, пробивки, гибки, вытяжки.

Методом штамповки в электрических машинах изготовляют листы сер­дечников, пластины коллектора, петушки, детали щеткодержателей, детали вентиляторов, диффузоры, крышки, решетки, рамки, изоляционные проклад­ки, кабельные наконечники, хомутики для соединения стержней, шайбы и т. п.

Для изготовления этих деталей используют различный листовой матери­ал, например: сталь электротехническую, конструкционную и пружинную, медь, латунь, алюминий, электрокартон, миканит, текстолит, асбест, лакот-кань и др.

3.2 Некоторые свойства электротехнической стали

Основным материалом для производства сердечников ЭМ и ЭА является электротехническая сталь.Её химический состав и технология изготовления таковы, что обеспечивают наименьшие потери по сравнению с другими марками стали.Для уменьшения потерь на гистерезис и вихревые токи в состав стали вводят кремний.Кремний действуя кака раскислитель связывает вредные в отношении магнитных свойств примеси –углерод и азот, что приводит к уменьшению плтерь на гистерезис.Кроме того, введение в сталь кремния резко повышает удельное электрическое сопротивлениея. Вследствие чего снижаются потери на вихревые токи.

Кристаллическая решетка электротехнической стали представляет собой множество кристаллов, каждый из которых обладает магнитной анизотропией, т. е. он неодинаково намагничивается вдоль различных кристаллографических направлений, что, в свою очередь, существенно влияет на магнитные свойства стали. В зависимости от способа проката электротехнические стали делятся на горячекатаные и холоднокатаные.

Горячекатаная сталь представляет собой поликристаллическую структуру, в которой кристаллы расположены хаотично, что приводит к практической изо­тропности электромагнитных свойств.

Холоднокатаная сталь в результате холодной прокатки и отжига получает специальную текстуру прокатки, т. е. преимущественную ориентацию кристаллов в определенном направлении, что приводит к резкой анизотропии магнитных и других свойств. Она весьма чувствительна к механическим воздействиям, так как при этом легко нарушается ориентация кристаллов, увеличиваются сопро­тивление магнитному потоку и удельные потери в стали.

Различают сталь с ребровой текстурой, когда кристаллы ориентированы вдоль проката ребром куба, и сталь с кубической текстурой — при ориентации кристаллов стороной куба. Сталь с кубической текстурой имеет одинаково вы­сокие магнитные свойства как вдоль, так и поперек прокатки, но эта сталь еще не выпускается в промышленном масштабе. Электротехническая сталь с ребро­вой текстурой обладает ярко выраженной анизотропией. Подобная текстура обеспечивает наименьшее сопротивление магнитному потоку лишь вдоль направ­ления прокатки и повышенное сопротивление — поперек или под каким-нибудь другим углом к направлению прокатки. Поэтому при использовании этой стали для изготовления магнитопроводов следят за тем, чтобы направление магнит­ного потока на всем его пути следования совпадало с направлением прокатки.

Марки электротехнической стали, ее характеристики и размеры обусловле­ны ГОСТ 21427.0-75—21427.3-75.

Металлургические предприятия изготавливают тонколистовую электротехни­ческую сталь следующих марок: 1211, 1212, 1213, 1311, 1312, 1313, 1411, 1412, 1413, 1511, 1512, 1513, 1514, 1521, 1561, 1562, 1571, 1572, 2011 2012, 2013, 2111, 2112, 2311, 2312, 2411, 2412, 3411, 3412, 3413, 3414 3415, 3416, 3404, 3405, 3406.

Первая цифра в обозначении определяет принадлежность стали к классу:

1. класс — горячекатаная изотропная;

2. класс — холоднокатаная изотропная;

3. класс — холоднокатаная анизотропная с ребровой текстурой.

Вторая цифра означает содержание кремния (от 0,4 до 4,8 %). Третья цифра определяет группу по основной нормированной характеристике. Вместе первые три цифры обозначают тип стали. Четвертая цифра — порядковый номер типа стали. Химический состав стали не нормируется.

Одним из технологических свойств стали является штампуемость,которая должна соответствовать специфическим условиям вырубки листов магнитопровода. Штампуе­мость зависит от химического состава стали, механических характеристик и по­крытия. Стандартом штампуемость не оговаривается. Лучшей штампуемостью обладают горячекатаные стали, а наихудшей — холоднокатаные анизотропные. Некоторые изоляционные покрытия оказывают «смазочное» действие при штам­повке и улучшают штампуемость.

В условиях производства штампуемость стали принято оценивать по стойкости штампов.На этот показатель влияют не только свойства штампуемого материала,но и особенности оборудования,точность изготовления штампа, условия штамповки.

Исследования стали в процессе и после штамповки позволяет определить такие показатели как склонность к истиранию режущих элементов штампа, образование заусенцев и краевого наклёпа.Одни из критериев штампуемости является стойкость штампа, определяемая по достижению заусенцами заданной высоты, например 50 мкм.

В процессе механической обработки электротехнической стали значительно снижаются ее важнейшие электромагнитные свойства, увеличиваются потери на гистерезис. При резке и штамповке образуются заусенцы и происходит наклеп поверхности реза.Заусенцы образуются при неравномерном и увеличенном зазоре между пуансоном и матрицей или при работе затупленными штампами.Основные меры борьбы с заусенцами должны вестись в инструментальном и штамповочном цехах путём выдерживания оптимальных зазоров между пуансоном и матрицей, симметричного их расположения при установке штампа на прессе,своевременной заточке штампов и контроля за процессом штамповки. Заусенцы при сборке сердечников замыкают листы между собой и уменьшают коэффициент заполнения сердечника сталью(коэффициент заполнения показывает, какой объём сердечника занят сталью). Поэтому после штам­повки заусенцы, при наличии, удаляют либо закаткой, либо срезают вращаю­щимися резцами или абразивами.

При штамповке в листах вдоль контура вырубки образуется слой с изменёнными физическими свойствами–– наклёп,т.е. по периметру реза происходит дробление и искажение зёрен–перерождение кристаллической структуры стали. В наклепанном слое металла увеличиваются потери на перемагничивание и сопротивление магнитному потоку. Глубина наклепанного слоя составляет до 1 мм. Особенно сильное влияние наклепа сказывается в машинах, имеющих тонкие зубцы. Ухудшение магнитных свойств, связанное с технологическими операциями, может быть частично или почти пол­ностью устранено термообработкой, влючающей обжиг, отжиг и оксидирование.

Назначение обжига –– удалить следы смазки на листах после операции штамповка,т.к. химическое разложение масел при обжиге создаёт осадок на поверхности.Это приводит к спеканию листов и препятствует образованию окисной плёнки при оксидировании.Параметры обжига t= 400C выдержка 30 минут.

Цель отжига–процесс рекристализации (когда появляются и растут очень мелкие зёрна и происходит восстановление ухудшенных наклёпоммагнитных свойств).Отжиг может производиться в слабо­окислительной среде, в нейтральной среде (азот), в вакууме. С операцией отжи­га совмещают операцию нанесения изоляционной оксидной пленки для изоля­ции листов друг от друга. Изоляция листов необходима для уменьшения потерь в сердечниках от вихревых токов при прохождении по сердечнику переменного магнитного потока. В тех случаях, когда оксидация не производится, изоляцию листов осуществляют нанесением лаковой пленки толщиной 15—20 мкм (при однократном покрытии). Толщина оксидной пленки составляет 3—5 мкм, а ее электроизоляционные свойства не уступают лаковой пленке. В машинах малой мощности, в которых потери в стали составляют 10—15 % общих потерь, удельные потери играют относительно меньшую роль. Потери из-за несовершен­ства изоляции также незначительны. Поэтому для машин малой' мощности желательно выбирать такой режим термообработки, который позволяет получить максимальную индукцию при заданной напряженности поля и минимальную толщину оксидной пленки, обеспечивающей максимальный коэффициент запол­нения, сердечника сталью. В машинах большой мощности режимы термообработ­ки устанавливают такими, которые позволяют уменьшить удельные потери, так как их составляющая в общих потерях значительна.

3.3Операции листовой штамповки

Листовая штамповка осуществляется с помощью штампа и, как правило, применяется для изготовления деталей, у которых толщина материала несо­измеримо мала по сравнению с их габаритными размерами. Листовая штам­повка включает две группы штамповочных операций (ГОСТ 18970): раздели­тельные (рис. 3.1) и формоизменяющие (рис. 3.2).

Рисунок 3.1 - Разделительные операции листовой штамповки:

а - отрезка, б - разрезка, в - вырубка, г - пробивка, д - обрезка, е - надрезка, ж - зачистка, з – проколка

В результате разделительной операции одна часть заготовки отделяется от другой по заданному контуру.

В результате формоизменяющей операции заготовке путем пластиче­ской деформации материала придается заданная форма.

В основе разделительных операций лежит процесс сдвига материала:

– отрезка (рис. 3.1, а) - полное отделение части заготовки по незамкнутому контуру;

–– разрезка (рис. 3.1, 6) - разделение заготовки на части по незамкнутому контуру;

–– вырубка (рис. 3.1, в) - полное отделение заготовки или детали от листового или профильного материала по замкнутому контуру;

–– пробивка (рис. 3.1, г) - образование в заготовке сквозных отверстий и пазов с удалением материала в отход;

-–– обрезка (рис. 3.1, д) - удаление припусков;

––– надрезка (рис. 3.1, е) - неполное отделение части заготовки;

––– зачистка (рис. 3.1, ж) - удаление припусков путем снятия стружки для получения повышенных классов шероховатости поверхности и точности детали;

––– проколка (рис. 3.1, з) - образование сквозных отверстий в листовой заготовке без удаления материала в отход.

Рисунок 3. 2 - Формоизменяющие операции листовой штамповки:

а - гибка, б - скручивание, в - закатка, г - вытяжка, д - вытяжка с утонением, е - отбортовка, ж -раздача, з - обжим, и - рельефная формовка, к - рельефная чеканка,

л - керновка, м – правка

К формоизменяющим относятся следующие основные операции:

–– Гибка (рис. 3.2, а) - образование или изменение углов между частями за­готовки или придание ей криволинейной формы;

–– скручивание (рис. 3.2, б) - поворот части заготовки вокруг продольной оси

-–– закатка (рис. 3.2, в) - образование закрученных бортов на краях плоской или полой заготовки;

–– вытяжка (рис. 3.2, г) - образование полой заготовки или детали из плоской или полой листовой заготовки;

––– вытяжка с утонением (рис. 3.2, д) - вытяжка с заданным утонением стенок;

––– отбортовка (рис. 3.2, е) - образование борта по внутреннему или наружному контуру листовой заготовки;

–– раздача (рис. 3.2, ж) - увеличение периметра поперечного сечения полой заготовки;

––– обжим(рис.3.2,з)- уменьшение периметра поперечного сечения полой заготовк

––– рельефная формрвка (рис.1.2,и)образование рельефа на листовой заготовке с её местным деформированием;

––– рельефная чеканка( рис. 3.2, к)––образование рельефных изображений на деформируемом материале;

––– керновка( рис. 3.2 л)–рельефная чеканка точечных углублений;

––– правка (рис.3.2

3.4 Основные элементы штампов

Штамп является технологической оснасткой, предназначенной для обра­ботки давлением, под воздействием которого заготовка приобретает форму и размеры, соответствующие поверхности или контуру рабочих элементов штам­па.

Штамп содержит нижнюю часть, прикрепляемую к неподвижной (ниж­ней) рабочей части пресса, и верхнюю - прикрепляемую к верхней ра­бочей части пресса.

Штамп состоит из двух основных сборочных единиц - пакета и блока.

Пакет включает комплект деталей, обеспечивающих выполнение задан­ных операций штамповки.

Блок включает комплект деталей, обеспечивающих крепление пакета и совмещение его рабочих частей при штамповке. Блоки включают верхнюю и нижнюю плиты и направляющие узлы. Пакет в общем случае включает все остальные детали штампа.

Штампы могут быть:

а) стационарными - собираемыми из узлов и деталей, используемых только в данном штампе;

б) со сменными рабочими элементами, в которых предусмотрена возможность замены пуансона, матрицы;

в) со сменным пакетом, в котором предусмотрена возможность замены

пакета;

г) сборными, собираемыми из универсального комплекта узлов, деталей,предназначенных для многократной сборки различных штампов.

Детали штампов по назначению подразделяются на две основные группы: технологические и конструктивные.

К группе технологического назначения относятся:

- рабочие детали (органы - если они являются сборочными единицами);-фиксирующие детали, обеспечивающие необходимое положение заготовки во время выполнения операции (ловители, фиксаторы, упоры);

- прижимающие и удаляющие детали (прижимы, съемники, выталкиватели и т. п.).

К группе конструктивного назначения относятся опорные и держащие де­тали (плиты, пуансонодержатели и т. п.), направляющие (колонки, втулки), крепежные и прочие детали.

Кроме того, в некоторых штампах применяется третья группа деталей ки­нематического назначения, обеспечивающих необходимые перемещения частей штампа, в том числе преобразования вертикального движения ползуна пресса в поступательные, вра­щательные или колебательные движения отдельных элементов штампов и вспомогатель­ных устройств.

Штамп в сборе характеризуется двумя ос­новными параметрами, которые обязательно должны указываться на чертеже: закрытой вы­сотой и вылетом.

Под закрытой высотой штампа, или блока Н, понимают расстояние между опорны­ми поверхностями при сомкнутом рабочем положении штампов.вылет–расстояние от продолбной оси штампа до наиболее удалённой от этой оси точки, находящейся на его задней поверхности.