Технолог. материалов. Лаб. практикум

3

1 Лабораторная работа № 1. Выполнение разделительных операций листовойштамповкинакривошипномпрессе

Цель работы

1 Ознакомление с основными операциями листовой штамповки.

2 Ознакомление с применяемым при листовой штамповке инструментом и оборудованием.

3 Практическое выполнение разделительных операций листовой штамповки – пробивки и вырубки.

Оборудование и инструмент: кривошипный пресс К100А (номи-

нальное усилие 24516 Н); последовательный двухрядный штамп, установленный на прессе; листовая заготовка; штангенциркуль.

Порядок проведения работы

Ознакомиться с основными операциями листовой штамповки. Рассчитать необходимое усилие для пробивки и вырубки. Определить величину шага подачи заготовки и рассчитать угол по-

ворота ведущего валка подающего устройства. Произвести вырубку заготовок.

Определить коэффициент использования материала. Оформить отчет по лабораторной работе.

1.1 Общие понятия о листовой штамповке

Листовая штамповка – процесс получения из листа, полосы, ленты изделий плоской или пространственной формы с заданными геометрическими и структурными параметрами без существенного изменения толщины материала.

Процессы листовой штамповки основаны на использовании пластичности обрабатываемых материалов и их упрочнении при обработке. Благодаря этому они обеспечивают точность и стабильность размеров изготовляемых деталей, что является основным условием их взаимозаменяемости при достаточной прочности и минимальной массе, позволяющем снижать массу отдельных конструкций и узлов машин. Благодаря этим достоинствам, а также высокому коэффициенту использования металла листовая штамповка находит широкое применение как в массовом, так и мелкосерийном производстве.

Заготовки обрабатывают с помощью инструментов – главные рабочие части которых называются пуансонами и матрицами.

Различные фазы процесса изготовления детали, при которых происходит изменение формы заготовки, называются операциями.

4

Все основные операции листовой штамповки делятся на разделительные и формообразующие.

Кразделительным операциям относятся: отрезка, вырубка, пробивка, обрезка, надрезка и другие.

Кформообразующим – гибка, скручивание, закатка, правка давлением (правка), вытяжка, рельефная формовка, отбортовка, раздача, обжим в штампе, чеканка, калибровка, редуцирование, высадка и др.

Разделительные операции листовой штамповки.

Отрезка – полное отделение части заготовки по незамкнутому контуру путем сдвига.

Вырубка – полное отделение заготовки или изделия от исходной заготовки по замкнутому контуру путем сдвига.

Пробивка – образование в заготовке отверстия или паза путем сдвига

судалением части металла в отход.

Обрезка – удаление излишков металла путем сдвига.

Разрезка – разделение заготовки на части по незамкнутому контуру путем сдвига.

Надрезка – неполное отделение части заготовки путем сдвига. Проколка – образование в заготовке отверстия без удаления металла

в отход.

Формообразующие операции листовой штамповки.

Гибка – образование или изменение углов между частями заготовки или придание ей криволинейной формы.

Скручивание – поворот части заготовки вокруг продольной оси. Закатка – образование закругленных бортов на краях полой заготовки. Правка – устранение искажений формы заготовки.

Вытяжка – образование полой заготовки из плоской.

Рельефная формовка – образование рельефа в листовой заготовке за счет местных растяжений без изменения толщины металла.

Отбортовка – образование борта по внутреннему и наружному контуру заготовки.

Раздача – увеличение размеров поперечного сечения части полой заготовкипутемодновременноговоздействияинструментаповсемупериметру.

Обжим – уменьшение размеров поперечного сечения части полой заготовкипутемодновременноговоздействияинструментаповсемуеепериметру.

Чеканка – образование на поверхности заготовки рельефных изображений за счет перераспределения металла.

При разделительных операциях материал заготовки доводится до разрушения, а при формообразующих изменяются форма и размеры заготовок. Методами листовой штамповки можно проводить сборочные операции. По принципу действия штампы могут быть простого действия, т. е. для выполнения одной операции, и комбинированные – для выполнения нескольких операций.

5

1.2 Технологическая оснастка

В работе используется двойной последовательный штамп, с помощью которого получают шайбы. Штамп имеет две вырубные и две пробивные пары. Каждую пару составляют пуансон и матрица (см. плакат на рабочем месте). Для получения шайбы штамповкой необходимо выполнить две операции: пробивку отверстия по внутреннему контуру диаметром d и вырубку шайбы по наружному контуру D (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 – Схема раскроя

Расчетное усилие пробивки и вырубки определяется по формуле

Р = 1,25 ∑n L1 · S · τср,

i=1

где 1,25 – коэффициент, учитывающий затупление режущих кромок пуансона и матрицы;

∑n L1 – сумма периметров всех вырубаемых и пробиваемых от-

i=1

верстий за один ход ползуна;

n – количество пуансонов, n = 4; S – толщина заготовки, м;

τср – предел прочности на срез, τср = 14 107 Н/м2.

Эти операции выполняются последовательно: сначала пробивка, потом вырубка.

Силовым оборудованием листовой штамповки являются чаще всего кривошипные прессы. В настоящей работе используется кривошипный одностоечный пресс усилием 24516 Н модели К100А.

Для подачи заготовки в штамп на прессе установлено подающее устройство валкового типа (см. плакат на рабочем месте).

Заготовка 4 подается между двумя валками и при вращении ведущего валка (нижний) подается в штамп в специальное окно 5 между матрич-

6

ным блоком и его крышкой, заготовка при этом располагается между пуансонами и матрицами. После каждого хода плиты с пуансонами заготовка перемещается на величину шага штампа h, т. е. на межосевое расстояние между пробивной и вырубной парой, для того, чтобы центр пробивного отверстия оказался на оси вырубного пуансона. Для перемещения заготовки на величину шага h нужно повернуть ведущий валок подающего устройства на угол ϕ, который определяется по формуле

ϕ = (h/πДв)360,

где Дв – диаметр ведущего валка подающего устройства штампа,

Дв = 38,2 мм.

1.3 Ход работы

1 Изучить инструкцию по технике безопасности.

2 Записать все необходимые технические данные применяемого инструмента и оборудования, произведя нужные измерения. Для измерения диаметров пуансонов и шага штампа нужно открыть защитный кожух путем откидывания его вверх.

3 Начертить таблицу 1.1 и заполнить ее после необходимых измерений и вычислений.

4 Закрыть защитный кожух, подать заготовку с помощью подающего устройства в штамп под пробивные пуансоны.

5 Нажимом кнопки 2 включить пресс в сеть.

6 Нажимом кнопки 5 включить двигатель.

7 Осуществить штамповку одновременным нажимом двумя руками двух кнопок «Пуск».

8 После первого хода ползуна подать заготовку на величину шага h путем поворота против часовой стрелки рукоятки 1 подающего устройства на величину расчетного угла ϕ. При этом для удобства отсчета угла перед поворотом рукоятки 1 нулевое деление заднего лимба 2 совмещается с красной риской переднего диска 6.

9 Подав заготовку на величину шага h, осуществить второй рабочий ход ползуна и продолжать штамповку до получения заданного количества шайб.

10 После выполнения штамповки выключить двигатель и отключить пресс от сети.

11 Вращением рукоятки 1 по часовой стрелке вынуть заготовку из штампа, измерить длину ее штампованной части и заполнить таблицу 1.2, произведя необходимые измерения и вычисления.

12Убрать рабочее место.

13Оформить отчет.

7

Таблица 1.1 – Определение усилия для пробивки и вырубки

Содержание отчета

1Цель работы.

2Технические данные инструмента и оборудования : а) число пробивных пуансонов – …; б) диаметр пробивных пуансонов – …; в) число пробивных пуансонов – …; г) диаметр пробивных пуансонов – …; д) шаг штампа – …; е) номинальное усилие пресса – …;

ж) диаметр ведущего валка – … .

3Расчет необходимого усилия для пробивки и вырубки.

4Определение величины шага подачи заготовки и угла поворота ведущего валка подающего устройства.

5Результаты измерений и вычислений.

Контрольные вопросы

1 На чем основан процесс листовой штамповки?

2 Что является инструментом при листовой штамповке?

3 Какие операции относятся к разделительным?

4 Что относится к формообразующим операциям?

5 Что такое обрезка?

6 Что такое отрезка?

7 Какие виды штампов вы знаете?

8

2 Лабораторная работа № 2. Влияние холодной деформации на изменение твердости металлов и снятие наклепа рекристаллизацией

Целью работы является изучение влияния обжатия в холодном состоянии на изменение твердости металла и снятие наклепа за счет рекристаллизации. В соответствии с этим работа включает в себя следующие этапы.

1 Обжатие образца металла с различной степенью на гидравлическом прессе, определение с помощью твердомера его твердости после обжатия и высоты штангенциркулем, установление зависимости твердости НRB от степени обжатий ε.

2 Снятие наклепа рекристаллизацией.

Оборудование и инструмент: гидравлический пресс, твердомер ТК-2, электропечь, потенциометр, стальной образец диаметром 5–8 мм и высотой 6–10 мм с температурой плавления 1500 0С. Измерительный инструмент, щипцы.

2.1 Основные теоретические положения

При пластическом деформировании металлов и сплавов в холодном состоянии наряду с изменением формы и структуры происходит изменение их механических и физико-химических свойств. Увеличиваются предел прочности, твердость, понижаются характеристики пластичности (ударная вязкость, относительное удлинение), уменьшаются электропроводность, теплопроводность, сопротивление коррозии. Совокупность изменений механических и физико-химических свойств в результате холодной пластической деформации называется упрочнением или наклепом.

Упрочнение металла в процессе пластической деформации (наклеп) объясняется увеличением числа дефектов кристаллического строения (дислокаций, вакансий, межузельных атомов). Все дефекты кристаллического строения затрудняют движения дислокаций, а следовательно, повышают сопротивление деформации и уменьшают пластичность. Стадия легкого скольжения при деформации отсутствует.

Наклеп зачастую является нежелательным и подлежит устранению или снятию. Снимают наклеп посредством рекристаллизации. При повышении температуры подвижность атомов возрастает и при достижении определенной температуры образуются новые равноосные зерна. Рекристаллизация – это процесс, при котором в результате теплового воздействия (нагрева) происходит перестройка кристаллов холоднодеформированного металла, зарождение и рост новых кристаллов с неискаженной решеткой и значительно меньшей плотностью дефектов. При этом материал после рекристаллизации имеет равновесную структуру, близкую к струк-

9

туре металла до пластической деформации.

Процесс рекристаллизации происходит при температуре выше температуры рекристаллизации, определяемой для чистых металлов по формуле Бочвара

Трек. = 0,4Тпл.,

где Трек. и Тпл. – температуры рекристаллизации и плавления, взятые по шкале Кельвина.

По шкале Цельсия формула Бочвара имеет вид:

tрек. = 0,4 (tпл. + 237) – 237.

В результате рекристаллизации холоднодеформированного металла наклеп снижается, металл разупрочняется.

2.2 Работа на оборудовании

1 Твердомер (см. фото на рабочем месте) – используется прибор ТК-2, предназначенный для определения твердости по методу Роквелла. Сущность этого метода состоит в том, что твердость образца определяют по глубине вдавливания в него алмазного конуса или стального шарика. При использовании наконечника с алмазным конусом твердость отсчитывается по шкале «С» (черная шкала) индикатора 7 и обозначается НRC. При использовании наконечника со стальным шариком твердость отсчитывается по шкале «В» (красная шкала) и обозначается HRB.

Для выполнения этой работы на приборе установлен наконечник 1 со стальным шариком. Практика определения твердости на приборе состоит в следующем:

–включить прибор в электросеть;

–включить тумблер 2 (на приборе загорится лампочка);

–испытываемый образец установить на опорный столик 3 против наконечника;

–вращением маховика 5 поджимать образец к наконечнику до тех пор, пока малая стрелка индикатора не станет против красной точки, а большая при этом займет вертикальное положение с допустимым отклонением от вертикали до пяти делений шкалы;

–вращением барабана 8 установить «30» шкалы «В» против конца большой стрелки;

–легким кратковременным нажатием (нажать и сразу отпустить) вниз клавиши 6 включить механизм нагружения и ждать полного успокоения стрелок индикатора;

–отсчитать по красной шкале индикатора значение твердости.

10

2 Гидропресс (см. фото на рабочем столе) применяется для деформирования образцов с различной степенью обжатия.

Технология деформирования состоит в следующем: образец устанавливается под плитой пресса в центре стола 1. Затем поворотом маховика 2 по часовой стрелке опускается до отказа плиты, образец зажимается. Нажимом кнопки 4 включается сеть, а кнопкой 3 осуществляется пуск пресса. Включив пресс, нужно медленно, поворачивая рукоятку 5 по часовой стрелке, создать усилие 50 кН (5000 кгс) (см. шкалу 6). Обеспечив заданное усилие, рукоятку 5 нужно вернуть в исходное положение, стрелка при этом займет положение 0 на шкале 6. После этого пресс выключается нажимом красной кнопки, образец извлекается и производится измерение высоты и твердости.

Деформирование повторяется при усилиях 100, 150 и 200 кН.

3 Печь применяется в работе для проведения рекристаллизации. Образец ставить в печь и доставать из нее нужно специальными щипцами, печь при этом должна быть выключена, а температура в ней – 600–700 0С.

4 Потенциометр применяется для определения температуры в печи, цена деления шкалы 20 0С.

5 Штангенциркуль применяется для измерения высоты образца с точностью до 0,1 мм.

2.3 Ход работы

1 Включить печь в электросеть.

2 Вычертить таблицу 2.1.

3 Измерить высоту образца до деформации Н и записать ее значение. 4 Измерить твердость образцадо деформации и записать в таблицу 2.1. 5 Образец подвергнуть деформации, доведя усилие пресса до 50 кН. 6 После обжатия образца измерить его высоту и твердость и записать

их значения в соответствующей строке таблицы.

7 После проведения четырех обжатий и соответствующих измерений образец установить в нагретую до температуры 600–700 0С печь на 20 мин для проведения рекристаллизации.

8 По истечении 20 мин образец вынуть из печи, положить на подставку и охладить на воздухе в течение 5 мин.

9 После охлаждения образца измерить его твердость HRB и записать в колонку «твердость после рекристаллизации».

10 Заполнить таблицу отчета, вычислив для каждой стадии формирования степень обжатия по формуле

ε = HH−h 100 %,