4. Холодная листовая штамповка Виды заготовок и их подготовка к штамповке

Для листовой штамповки используют заготовки в виде листа, поло­сы, ленты или профилей различного поперечного сечения: труба, уго­лок, двутавр и т.д. При подготовке этих материалов к штамповке вы­полняют различные подготовительные операции: правку, травление, промывку, отжиг, дрессировку и др.

Рисунок 3 Раскрой материала

При правке искривленные листы, ленты и полосы пропускают между вращающимися валками или в условиях мелкосерийного произ­водства применяют ручную правку на правильных плитах.

Для удаления с поверхности материала следов окалины и корро­зии применяют травление в крепких растворах кислот и щелочей. После травления металл тщательно промывают в воде.

Отжиг применяют для получения необходимой структуры и механических свойств исходного материала.

Для уменьшения усилия деформирования (особенно при формообразующих операциях), предохранения поверхностей исходного мате­риала от повреждения, повышения износостойкости инструмента и т.д. применяют СМАЗКУ (солидол, технический вазелин и др.), которая наносится на поверхность материала.

Раскрой материала

Раскроем называют порядок расположения штампуемых заготовок (деталей) на листе, ленте или полосе.

Существует три типа раскроя: с отходами (перемычками), по всему контуру детали (заготовки), с частичными отходами и без отходов.

Раскрой с отходами (рисунок 3, а-е) применяют для получения прос­тых по форме деталей повышенной точности (8-12 квалитет), а также независимо от точности для деталей сложной формы, а раскрой с час­тичными отходами и без отходов (рисунок 3, ж, з) применяют для простых по форме деталей низкой точности. Перемычки между деталями – а и краем полосы (ленты) и деталью - в (рисунок 3, а) зависят от тол­щины и марки материала, формы и размеров изготавливаемых деталей и выбираются из справочников. Значение величины перемычек и рас­кладка деталей на полосе (ленте) позволяют определить ширину последней.

Показателем, характеризующим качество раскроя, является ко­эффициент использования материала , рассчитываемый по формуле

где N- число деталей, штампуемых из листа, полосы, ленты; F - площадь детали в мм²; ВиL - ширина и длина ленты, полосы, листа в мм.

Применяют раскрой прямой (рисунок 3,а, з), наклонный (б), встречный (г, ж), комбинированный (в), многорядный (д). Прямой раскрой применяют для деталей простой формы - прямоугольной или квадратной, наклонный - для деталей Г-образной или другой слож­ной формы, встречный - в основном для деталей Т, П и Ш-образной формы. Круглые детали вырубают в один или несколько рядов (рисунок 3, д, е). Располагают их параллельно либо в шахматном порядке. Наиболее выгодный раскрой для круглых деталей - многорядный шахматный, причем использование материала будет тем больше, чем больше число рядов.

При конструировании деталей необходимо учитывать удобство их раскроя. В результате конструктивного изменения детали можно значительно сократить отходы (рисунок 3, к).

Разделительные операции

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. Различают разделительные операции: 1) со значи­тельной шириной отделяемого материала (более двух толщин) - об­резка, вырубка, пробивка, надрезка и др. и 2) с небольшой шири­ной отделяемого материала (менее 0,5 толщины) - зачистка, калиб­ровка. Первая группа операций применяется для разделения листов и лент с целью получения деталей или заготовок для последующей штамповки. Вторая группа операций применяется для повышения ка­чества деталей.

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

Вырубку, пробивку, зачистку, разрезку и подрезку выполняют в штампах на прессах. Штамп состоит из 2-х основных частей: непод­вижная - называется матрица, подвижная - называется пуансон.

Механизм разделения материалав операциях 1-ой группы одина­ков. Различают три стадии разделения металла (рисунок 2):I- пу­ансон слегка сжимает и изгибает металл, вдавливается в него и вдавливает его в матрицу;II- продолжающееся вдавливание пуансона в металл сопровождается перерезанием волокон металла сверху кром­кой пуансона, а снизу - кромкой матрицы;III- дальнейшее движение пуансона сопровождается появлением в материале

Рисунок 4 Схема резки на ножницах: а – гильотинных, б – с прямыми ножами, в – многодисковые, г - парнодисковые

трещин скалывания. Эти трещины соединяются и, таким образом, одна часть металла отде­ляется от другой.

На качество и точность получаемых деталей большое влияние оказывает величина зазора zмежду матрицей и пуансоном, при малом зазоре срез получается с заусенцем и неровным. Это проис­ходит потому, что скалывающие трещины не соединяются, а идут па­раллельно друг другу, и металл между нимифактически не разрывается. При большом зазоре и резке тонкого материала происходит затягивание металла в зазор и его отрыв, поэтому деталь получается с рваными краями и заусенцами.

ОТРЕЗКА. Полное отделение части заготовки по незамкнутому контуру называют отрезкой. Чаще всего для отрезки используют ножницы с наклонными ножами (гильотинные), с параллельными ножами и дисковые.

Более широкое применение находят гильотинные кривошипные ножницы с наклонным ножом, которые изготовляют для холодной резки металла толщиной от 0,5 до 30 мм и более при длине реза до нескольких метров.

Двухкривошипный вал 3 ножниц (рисунок 4, а)с маховиком 4 вращается электродвигателем при помощи клиноременной и зубчатой пере­дач. Разрезаемый лист 6 кладут на стол 8, к которому он прижима­ется прижимом 7 с силой Q , и разрезают ножами - верхним под­вижным 2 и нижним неподвижным 1. Включение кривошипного механиз­ма ножниц осуществляется муфтой 5. Регулируемый упор 9 служит для отмеривания длины отрезаемой заготовки. Угол наклона φ но­жа 2 устанавливают в зависимости от прочности разрезаемого мате­риала в пределах 2-6°.

Ножницы с параллельными ножами(рисунок 4, б) применяют дляотрезки от тонких металлических листов узких, ровных полос или штучных заготовок с повышенными требованиями к точности и качествуповерхности среза, а также для отрезки от листов из неметалли­ческих материалов. Разрезаемый лист устанавливают в зазор между ножами, прижимают с помощью специального механизма к столу ножниц, при движении верхнего ножа лист одновременно перерезается по все­му сечению.

Дисковые ножницы(рисунок 4, в) с одной или несколькими парами цилиндрических дисковых ножей 1, устанавливаемых на параллельныхвалах 2, применяют для разрезания широкой ленты на узкие полосы. Ножи сами втягивают разрезаемую, ленту. Лента разматывается с од­ной катушки и после разрезки наматывается на несколько других, количество которых соответствует числу получаемых лент. Многодис­ковые ножницы применяют в массовом производстве для разрезки тон­колистового материала.

Ножницы с парнодисковыми наклонно-поставленными ножами (рисунок 4, г) применяют для резки криволинейных заготовок с малым ради­усом и вырезки деталей (заготовок) с замкнутым контуром. Наимень­ший радиус кривизны, который может быть получен при вырезке, зависит от диаметра D ножей и составляет 0,4-0,7 последнего.

Усилие резкизависит от типа ножниц и рассчитывается поформулам:

а) для ножниц с параллельными ножами

б)для ножниц с наклонными ножами

в)для многодисковых ножниц

где - предел прочности материала, кгс/мм²;

- толщина материала, мм;

- угол наклона ножей, град;

- угол захвата материала дисками, град;

- число пар ножей.

Точность резкипо ширине зависит от толщины и ширины отрезаемой заготовки и более высокая точность резки на штампах, затем на многодисковых ножницах, на параллельных ножницах и наиболее низкая - на ножницах с наклонными ножами. Ориентировочно точность резки на ножницах оценивается 12-14 квалитет точности.

РАЗРЕЗКА. Разделение плоских, гнутых или полых заготовок на две или несколько отдельных деталей по незамкнутому контуру (рисунок 5, а)

ОБРЕЗКА.Отделение неровного края или лишнего металла снаружиплоских, гнутых или вытянутых изделий (рисунок 5, б).

Обе операция выполняются в штампах на прессах.

ВЫРУБКА И ПРОБИВКА.Вырубка и пробивка являются операциями отделения части заготовки по замкнутому контуру в штампе.

Рисунок 5. Схема операций: а – разрезки, б – обрезки.

1 – матрица, 2 – пуансон, 3 – заготовка, 4 - прижим

Вырубку (пробивку) осуществляют в штампе, рабочие органы которого состоят из подвижного пуансона 1 и неподвижной матрицы 2, на которую кладется заготовка 3 (рисунок 6, а). Пуансон и мат­рица выполняют роли соответственно верхнего и нижнего ножей в опе­рациях отрезки. При вырубке отделяемая часть материала, проходя­щая через матрицу, является изделием, а оставшаяся часть - отхо­дом. При пробивке отделяемая часть металла, проходящая через мат­рицу, является отходом, а оставшаяся часть - изделием (рисунок 6, б). Чаще всего используют пуансоны и матрицы с параллельными режущими кромками. Изготовление и восстановление такого инструмента явля­ется наиболее простым и дешевым. Этим инструментом вырубают одно­временно по всему периметру среза, вследствие чего усилия выруб­ки могут достигнуть значительных величин и превысить допускаемое усилие пресса. Для уменьшения усилия вырубки крупногабаритных деталей из толстого материала применяют матрицы и пуансоны с наклонными режущими кромками (рисунок 7). Такой инструмент позволяет уменьшить усилие вырубки и пробивки на 30-40%.

Рисунок 6. Вырубка и пробивка: а – схема процессов, б – вид детали при вырубке и пробивке.

1 – пуансон, 2 – матрица, 3 – заготовка

Рисунок 7. Виды режущих кромок при вырубке (сверху) и пробивке (снизу)

В отличие от резки изгибающий момент при вырубке - пробивке приложен по замкнутому контуру к заготовке, находящейся внутрии вне контура резки, что приводит к изгибу вырубаемой и пробива­емой заготовки - детали. При равномерном сопротивлении изгибу,что достигается соответствующим расстоянием от контура резки до края заготовки (перемычки), получают нормальное качество поверх­ности разделения. При малой перемычке часть металла втягивается в зазор между режущими кромками и в этом случае, как и при боль­шом зазоре, получают заусенцы. Под действием изгибающего момента обе части заготовки получают остаточный прогиб, для получения плоской детали необходима дополнительная операция плоскостной правки. Величина зазора здесь также влияет на качество разделения. При нормальном зазоре получают наилучшее качество поверхности разделения - в зоне среза, взоне скола : при увеличении за­зора шероховатость разделения такая же как и при нормальном за­зоре, и кроме этого возникает заусенец; при уменьшенном зазоре поверхности скола не могут соединиться и поэтому шероховатостьниже взоне двойного скола – среза.

Точность размеров при вырубке - пробивке зависит от толщины ма­териала, формы и размеров заготовки. Размер обычно замеряется по поверхности среза в месте большего класса шероховатости.

Основной инструментдля вырубки и пробивки -штамп, которыйустанавливается на пресс. Размеры штампа должны вписываться в ра­бочее пространство пресса.

Типовая конструкция штампа для серийного и массового произ­водства деталей без прижима изображена на рисунке 8.

Любой штамп состоит из следующих основных деталей:

I - формообразующих деталей - пуансона (I), матрицы (2);

II– деталей ориентирующих заготовку относительно рабочих дета­лей, направляющих (3) или фиксатора;

III– деталей ориентирующих рабочие детали друг относительно дру­га - направляющих колонок (4) и направляющих втулок (5),

IV - деталей, снимающих отход или заготовку с пуансона-съем­ника(6);

V - корпусных деталей штампа - верхней плиты (7), нижней плиты (8);

VI - деталей, обеспечивающих крепление штампа к прессу – хвостовика (9),прижимных планок, прокладки, болтов с гайками;

VII– крепёжных деталей для крепления всех деталей в штампе.

Рисунок 8 Типовая конструкция штампа для вырубки (пробивки)

Оборудование для вырубки и пробивки - механические криво­шипные прессы, схема работы которых будет приведена ниже.

Точность размеров и шероховатость поверхности при вырубке и пробивке зависит от следующих факторов:

1. Чем меньше прочность штампуемого материала, тем меньше отличаются размеры готовых деталей от их номинальных размеров почертежу.

2. Конфигурация и размеры детали, так как с уменьшением относительной толщины штампуемого материала и габаритных размеров детали, а также с упрощением ее формы увеличивается точность изготовления.

3. Анизотропия механических свойств исходного материала, возникающая в процессе прокатки влияет на точность изготовления крупногабаритных деталей (свыше 300 мм).

4. Состояние и качество оборудования в значительной степе­ни влияет на точность изготовления деталей.

Точность размеров для круглых контуров находится в пределах 11-14 квалитета, шероховатость поверхности среза -

Технологичность деталей, получаемых вырубкой и пробивкой, определяется прочностью рабочих частей штампа и технологическим процессом штамповки.

1. Плоские детали должны иметь простую конфигурацию; острые углы, узкие прорези и выступы снижают стойкость штампов и усложняют их изготовление.

2. При применении цельных матриц, вырубке с перемычками, пробивке выполнять плавное сопряжение пересекающихся элементов контура детали (рисунок 9,а). Минимальные радиусы сопряжения уг­лов: при >90^o >, при90^o - для металлов, для неметаллических материалов эти радиусы больше из-за малой прочности штампуемого материала.

3. При составных матрицах и при безотходной штамповке пересекающиеся элементы контура не сопрягают.

4. Минимальные размеры отверстий, пробиваемые в штампах нормальной конструкции: круглых , квадратных, прямоугольных, овальныхдля сталей в зависимости от прочности ()(рисунок 9, б)

5. Для пробивки отверстий диаметром до , применяют специальные штампы.

6. Минимальные расстояния между раздельно пробиваемыми от­верстиями круглой и прямоугольной формы(рисунок 9, в).

7. Минимальное расстояние между пробиваемым отверстием и ранее полученным контуром детали (рисунок 9,в).

8. Минимальное расстояние между одновременно пробиваемыми отверстиями равно двум-трем толщинам металла.

ЧИСТОВАЯ ВЫРУБКА И ПРОБИВКА. В крупносерийном производстве экономически выгодно получать более точные детали, чем при обычной вырубке (пробивке). Точность 2-3 классов и шероховатость поверх­ности 6-8 класса при точном положении поверхности среза к плос­кости детали получают операциями чистовой вырубки и пробивки.

Рисунок 9. Основные параметры технологичности деталей, изготовляемых вырубкой (пробивкой)

Чистовую вырубкупроизводят следующими способами:

1. На штампах с зазором между пуансоном и матрицей 0,01-0,02 мм и с закругленной режущей кромкой матрицы радиусом (рисунок 10, а). Применяют этот способ для мягкой ста­ли, алюминиевых сплавов, латуни.

2. На штампах с пуансоном, поперечное сечение которого больше матрицы на 0,1-0,2 мм. Пуансон в этом случае не доходит до поверхности матрицы на (0,2-0,5) мм (рисунок 10, б). Применяют этот способ для тех же материалов - мягкой стали, латуни, алюминия.

3. На штампах со сжатием по периметру в плоскости заготовки. Часто штампы снабжаются треугольным выступом на прижиме, а при большой толщине и на матрице. Этот выступ, внедряясь в металл, обеспечивает сжатие его в плоскости листа (рисунок 10,в), . Эти штампы применяют для всех штампуемых металлов.

Рисунок 10. Способы чистовой вырубки

Чистовую пробивкуосуществляют следующими способами:

1. На штампах с зазором и ступенчатым пуансоном (рисунок 11, а). Такие штампы применяют для пробивки цветных металлов, мягких сталей толщиной 0,8- 3 мм.

2. На штампах с зазором и торцем пуансона в виде усеченного конуса (рисунок 11, б). Применяют эти штампы для более толстых металлов тех же марок, но диаметр отверстия <

3. На штампах с зазором и коническим торцем пуансона (рисунок 11,в). Применяют этот способ для тех же металлов, но диаметр отверстий .

Рисунок 11. Способы чистовой пробивки.

4. На штампах со сжатием заготовки выступом по периметру.В этом случае пробивка осуществляется обычно одновременно с вы­рубкой, а поэтому у пробиваемого отверстия сжатие по периметру не делается (так как заготовка уже сжата по периметру).

ЗАЧИСТКА И КАЛИБРОВКА.Зачистка и калибровка применяются для техже целей что и чистовая вырубка и пробивка, т.е. достижения пер­пендикулярности поверхности среза плоскости листа, шероховатости точности 6-9 квалитетов. Однако зачистка и калибровка производятся на ранее полученных вырубкой или пробивкой заготов­ках. В этом случае с обрабатываемой поверхности снимают небольшой слой материала – припуск. Говорят, что выполняется зачистка снятием припуска.

Зачистка производится по наружному контуру заготовки, т.е. на заготовках полученных вырубкой. Минимальная величина припуска на зачистку равна зазору между пуансоном и матрицей при вырубке (рисунок 12, а). Зачистку применяют для деталей с периметром до 300 мм и толщиной до 10 мм и выполняют за один проход для деталей толщиной менее 5 мм и с плавным очертанием наружного контура.Многократную зачистку применяют для деталей толщиной более 5 мм и для деталей со сложной конфигурацией наружного контура незави­симо от толщины. Качество зачистки зависит от величины припуска и распределения его по периметру, а при многократной зачистке от распределения по переходам.

Применяют также зачистку обжатиемв матрице с заваленнымикромками, припуск в этом случае составляет 0,04-0,06 мм.

Калибровкавыполняется в отверстии, полученном сверлением или пробивкой. Калибровка снятием припуска (рисунок 12, б) произво­дится для одного отверстия или для группы отверстий одновременно. При одновременной калибровке точность расположения отверстий по­вышается. Припуск для калибровки малых отверстий зависит от толщины материала и минимальная его величина равна зазору между мат­рицей и пуансоном при пробивке. Обычно припуск, как и при зачист­ке, определяют по таблицам.

НАДРЕЗКА. Неполное отделение металла по незамкнутому контуру без удаления отходов, выполняемое в штампе, называют надрезкой (рисунок 13, а).

ПРОСЕЧКА. Образование сквозных отверстий в листовой заготовке без удаления материала в отход называют просечкой (рисунок 13, б).

Рисунок 12. Способы зачистки и калибровки.

Рисунок 13 Схемы: а – надрезки, б – просечки.

1 – матрица, 2 – заготовка, 3 - пуансон