124

ЛЕКЦІЯ 18

Холодне штампування (продовження) Формоутворення заготовок з порошкових матеріалів

18.1.Листове штампування

Формотворні операції листового штампування

При формотворних операціях прагнуть одержати задану величину деформації, щоб заготовка придбала необхідну форму.

Основні формотворні операції: гнучка, витяжка, отбортовка, обтиск, роздача, рельєфне формування. Схеми формотворних операцій представлені на мал. 18.1.

Мал. 18.1. Формотворні операції листового штампування

Гнучка – утвір кута між частинами заготовки або додання заготовці криволінійної форми.

При гибке пластично деформується тільки ділянка заготовки в зоні контакту з пуансоном 1 (мал. 18.1.а): зовнішні шари заготовки розтягуються, а внутрішні – стискуються. Деформація розтягання зовнішніх шарів і стиску внутрішніх збільшується зі зменшенням радіуса скругления робочого торця пуансона, при цьому зростає ймовірність утвору тріщин. Тому мінімальний радіус пуансона обмежується завбільшки межах 0.1…2,0 від товщини заготовки, залежно від механічних властивостей матеріалу.

При знятті навантаження розтягнуті шари заготовки пружно стискуються, а стислі – розтягуються, що приводить до зміни кута гнучкі α, тобто до пружинению деталі. Це слід ураховувати або зменшенням кута інструмента на величину пружинения, або застосуванням наприкінці робочого ходу додаткового зусилля.

Гибку роблять у штампах, а також обертовими фігурними роликами, що відіграють роль матриці, на профилегибочных станах.

Витяжка – утвір порожнього виробу із плоскої або порожньої заготовки (мал.18.1.б). Вирубану заготовку діаметром Dз і товщиною S укладають на площину матриці 3.

Пуансон 1 надавлює на заготовку й вона, зміщаючись в отвір матриці, утворює стінки витягнутої деталі діаметром d.

125

Формозміна при витяжці оцінюють коефіцієнтом витяжки Kз=Dз/d, який залежно від механічних характеристик металу й умов витяжки не повинен перевищувати 2,1.

При Dз – d > (18…20) S, можливі втрата стійкості фланця й утвір складок при витяжці. Їх запобігають притиском 2 фланця заготовки до матриці з певним зусиллям PПр.

Високі деталі малого діаметра одержують за кілька операцій витяжки з поступовим зменшенням діаметра D напівфабрикату й збільшенням його висоти (мал. 18.1.в). При наступних переходах для запобігання руйнування металу ухвалюють

Проміжний отжиг для усунення наклепу дозволяє збільшити / до 1,4…1,6.

Небезпека руйнування заготовок усувають застосуванням мастильних матеріалів для зменшення сил тертя між поверхнями заготовок і інструмента.

При витяжці зазор між матрицею й пуансоном становить /.

Отбортовка – одержання борту діаметром dδ шляхом вдавлення центральної частини заготовки з попередньо пробитим отвором do у матрицю (мал.18.1.г).

Формозміну оцінюють коефіцієнтом отбортовки

kП = dδ / do<1.8,

який залежить від механічних характеристик металу заготовки і її відносної товщини S/do. Більше збільшення діаметра можна одержати, якщо заготовку отжечь перед отбортовкой або виготовити отвір різанням, що створюють менше зміцнення в краю отвору.

Отбортовку застосовують для виготовлення кільцевих деталей із фланцями й для утвору уступів у деталях для нарізування різьблення, зварювання, а також для збільшення твердості конструкції при малій масі.

Виділяється отбортовка зовнішнього контуру – утвір невисоких бортів по зовнішньому криволінійному краю заготовки.

Обтиск – зменшення периметра поперечного переріза кінцевої частини порожньої заготовки.

Проводиться заталкиванием заготовки в сужающуюся порожнина матриці (мал. 16.1.д). За один перехід можна одержати d =(0.7…0.8) D3. Для більшої формозміни виконують кілька послідовних операцій обтиску.

Роздача – збільшення периметра поперечного переріза кінцевої частини порожньої заготовки конічним пуансоном; це операція протилежна обтиску.

Рельєфне формування – місцеве деформування заготовки з метою утвору рельєфу в результаті зменшення товщини заготовки (мал. 18.1.е).

Формуванням одержують конструкційні виступи й западини, ребра жорсткості, лабіринтові ущільнення.

Штампи для листового штампування діляться за технологічною ознакою залежно від виконуваної операції: вырубные, гибочные, витяжні і т.д. Залежно від числа виконуваних операцій розрізняють одне- і багатоопераційні штампи. Багатоопераційні штампи бувають послідовної дії, у яких операції виконуються послідовно при переміщенні заготовки по декільком робочим позиціям штампа, і сполученого дії, у яких операції виконуються на одній позиції, наприклад, одночасно вирубка й пробивання, вирубка й витяжка і т.д.

У цей час застосовують спеціальні конструкції штампів, у яких металеві пуансони або матриці відсутні, і тиск на матеріал здійснюється за допомогою гуми, рідини або стисненого повітря (мал.16.2). При цьому гума або рідина легко віддаляються зі штампованої деталі, а матриця повинна бути рознімної.

При виготовленні невеликих по глибині виробів пуансон заміняє гумова подушка (мал.18.2.а). За допомогою гуми можна здійснювати всі операції: вирубку, гибку, витяжку, формування. Матриця 3 кріпиться до стола, а гумова подушка, поміщена в сталеву обойму 1, кріпиться до ходової частини преса (товщина заготовки 2 – до 1,5 мм).

126

Мал. 18.2. Схеми листового штампування за допомогою еластичного середовища й рідини

Гумові пуансони циліндричної форми застосовуються при витяжці виробів складної форми, при необхідності збільшення діаметральних розмірів середньої частини циліндричних напівфабрикатів (мал.18.2.б).

При гідравлічній витяжці (мал.18.2.в) порожні деталі циліндричної, конічної, сферичної або іншої форми одержують натисненням на заготовку рідиною або рідиною, укладеної в еластичну оболонку.

18.2.Високошвидкісні методи штампування

Особливістю таких методів є висока швидкість деформування відповідно до високих швидкостей перетворення енергії. Короткочасний додаток більших зусиль розганяє заготовку до швидкостей 150 м/с. Наступне її деформування відбувається за рахунок накопиченої в період розгону кінетичної енергії. Основними різновидами високошвидкісного листового штампування є: штампування вибухом, електрогідравлічне й електромагнітне штампування (мал.18.3).

Мал. 18.3. а - електрогідравлічна, б – електромагнітне штампування

Штампування вибухом здійснюється в басейнах, наповнених водою (мал.18.3.а). Заготовку 3, затиснуту між матрицею 5 і притиском 4 опускають у басейн із водою 2. Порожнина матриці під заготовкою вакуумируется за допомогою вакуумної лінії 6. Заряд з детонатором 1 підвішують у воді над заготовкою. Вибух утворює хвилю високого тиску, яка, досягаючи заготовки, викликає її розгін. Процес штампування триває тисячні частки секунди, а швидкості переміщення заготовки порівнянні зі швидкостями поширення пластичних деформацій у металі. При штампуванні вибухом не потрібно дорогого пресового встаткування, конструкція штампа вкрай проста.

127

Електрогідравлічне штампування також здійснюють у басейні з водою. Ударна хвиля, що розганяє заготовку, виникає при короткочасному електричному розряді в рідині. Потужний іскровий розряд подібний вибуху. У результаті розряду в рідині виникає ударна хвиля, яка, дійшовши до заготовки, виявляє на неї сильний вплив і деформує її по матриці.

При електромагнітнім штампуванні (мал.18.3. б) електрична енергія перетвориться в механічну за рахунок імпульсного розряду батареї конденсаторів через соленоїд 7, навколо якого при цьому виникає миттєве магнітне поле високої потужності, що наводить вихрові струми в трубчастій струмопровідній заготовці 3. Взаємодія магнітних полів вихрових струмів /з магнітним полем індуктора створює механічні сили /, що деформують заготовку. Для електромагнітного штампування трубчастих і плоских заготовок створені установки, на яких можна проводити обтиск, роздачу, формування й операції одержання нероз'ємних з'єднання деталей.

18.3.Формоутворення заготовок з порошкових матеріалів

Заготовки з порошкових матеріалів одержують пресуванням (холодним, гарячим), ізостатичним формованием, прокаткою й іншими способами.

При холоднім пресуванні в прес-форму (мал.18.4.а) засинають певну кількість підготовленого порошку 3 і пресують пуансоном 1.

У процесі пресування збільшується контакт між частками, зменшується пористість, деформуються або руйнуються окремі частки. Міцність одержуваної заготовки досягається завдяки силам механічного зчеплення часток порошку електростатичними силами притягання й тертя. Зі збільшенням тиску пресування міцність заготовки зростає. Тиск розподіляється нерівномірно по висоті прессуемой заготовки через вплив сил тертя порошку про стінки прес-форми, внаслідок чого заготовки виходять із різною міцністю й пористістю по висоті. Залежно від розмірів і складності прессуемых заготовок застосовують одне- і двостороннє пресування.

Мал.18.4. Схема холодного пресування: а – однобічного; б – двостороннього

Однобічним пресуванням одержують заготовки простої форми з відношенням висоти до діаметра, менших одиниці, і заготовки втулок з відношенням зовнішнього діаметра до товщини стінки, меншим трьох.

Двостороннє пресування (мал.18.4.б) застосовують для формоутворення заготовок складної форми. Після заповнення прес-форми порошком до верхнього пуансона за допомогою гідропреса прикладають тиск для попереднього пресування. Потім гідропривід виключають і видаляють підбивку 4. Надалі в процесі пресування беруть участь обоє пуансона. У цьому випадку необхідний тиск для одержання рівномірної щільності знижується на 30…40 %. Використання вібраційного пресування дозволяє в десятки раз зменшити необхідний тиск.

128

У процесі пресування частки порошку зазнають пружному й пластичному деформуванню. Після добування заготовки із прес-форми її розміри збільшуються в результаті пружної післядії.

При гарячім пресуванні технологічно сполучаються пресування й спікання заготовки. Температура гарячого пресування становить звичайно 0,6…0,8 температури плавлення порошку. Завдяки нагріванню ущільнення протікає набагато інтенсивніше, чим при холоднім пресуванні. Це дозволяє значно зменшити необхідний тиск. Гарячим пресуванням одержують матеріали, що характеризуються високою міцністю й однорідністю структури. Цей спосіб застосовують для таких погано прессуемых композицій, як тугоплавкі металлоподобные з'єднання (карбіди, бориды, силіциди).

Ізостатичне (всебічне) формование застосовують для одержання великогабаритних заготовок з масою до 500 кг і більш. Відсутність втрат на зовнішнє тертя й рівномірність тиску з усіх боків дають можливість одержувати необхідну щільність заготовок при тисках, значно менших, чому при пресуванні в закритих прес-формах.

При гідростатичному формовании (мал.18.5) на порошок 3, ув'язнений в еластичну оболонку 2, передається тиск за допомогою рідини, що перебуває в посудині високого тиску 1. У якості робочої рідини використовують масло, гліцерин, воду і т.д.

Мал.18.5. Схема гідростатичного формования

Прокатка – найбільш продуктивний і перспективний спосіб переробки порошкових матеріалів. Характерною рисою є високий ступінь автоматизації й безперервність прокатки. Схема прокатки представлена на мал.18.6.

Мал.18.6. Схема прокатки порошків

Порошок безупинно надходить із бункера 1 у зазор між валками. При обертанні валків 3 відбувається обтиснення й витяжка порошку 2 у стрічку або смугу 4 певної товщини. Прокатка може бути сполучена зі спіканням і остаточною обробкою одержуваних заготовок. У цьому випадку стрічка проходить через піч для спікання, а потім знову зазнає прокатці для одержання аркушів заданих розмірів. Застосовуючи бункеры з перегородкою (мал. 18.6.б) виготовляють стрічки з різних матеріалів (двошарові). Застосування валків певної форми дозволяє одержувати валки різного профілю, у тому числі й дріт.