6. Листовая штамповка

Листовая штамповка представляет собой процесс получения полых изделий из заготовок листового или полосового материала при помощи штамповки.

Основные операции листовой штамповки — гибка, свертка, вытяжка без утонения стенки, вытяжка с утонением стенки, от-бортовка, обжим, раздача (рис. 176).

Листовой штамповкой изготовляют преимущественно тонко­стенные изделия из листов толщиной 0,05—4 мм пластичных ме­таллов и сплавов (медь, алюминий, латунь, малоуглеродистая и нержавеющая сталь и т. п.) без нагрева.

При анализе процесса волочения отмечено, что деформация с нагревом металла малых сечений не только не улучшает условий деформации, но даже ухудшает их; снижение сопротивления и усилия практически ничтожно из-за быстрого охлаждения метал­ла при соприкосновении с инструментом; образующаяся при на­греве окалина увеличивает коэффициент трения металла об инструмент и ухудшает условия смазки, что приводит к повыше­нию усилия, необходимого для деформации. Качество изделий малых сечений при горячей обработке давлением хуже, чем при холодной обработке: структура металла неоднородна из-за не­равномерного охлаждения частей изделия в процессе деформа­ции, поверхность изделия хуже из-за вмятой окалины, допуски на размеры выше. Особенно неблагоприятно влияние нагрева при деформации в условиях разноименной схемы напряженного со­стояния, когда усилие в очаг деформации передается через неде-формируемые участки тела, что характерно для большинства операций листовой штамповки.

Листовую штамповку с нагревом металла применяют только при штамповке из листов большой толщины (например, днища котлов) и при штамповке изделий из сплавов, имеющих малую пластичность в холодном состоянии (например, магниевые сплавы).

Свертка заключается в получении из заготовки, вырубленной из листа или полосы, полого изделия или полой заготовки для. последующей вытяжки.

Свертку осуществляют без заданного изменения толщины ис­ходной листовой заготовки, поэтому зазор между пуансоном и матрицей принимают несколько больше толщины заготовки.

При вытяжке без утонения стенки стаканчик, полученный в операции свертки, проталкивается пуансоном через коническую матрицу, диаметр калибрующего пояска которой меньше наруж­ного диаметра стаканчика (см. рис. 176, г). Зазор между пуансо­ном и матрицей несколько больше толщины стенки стаканчика. Поэтому деформация при вытяжке без утонения стенки заклю­чается в уменьшении диаметра и увеличении длины стаканчика. Этот процесс аналогичен процессу безоправочного волочения труб.

Зона пластической деформации может быть разделена на три участка.

В первом происходит уменьшение диаметра стаканчика до со­прикосновения заготовки со стенками матрицы и пуансоном; на этом участке напряженное состояние плоское — в направлении вытяжки напряжение растяжения, в тангенциальном направле­нии напряжение сжатия.

Во втором участке (коническая часть матрицы) происходит основная деформация — обжим по диаметру. Напряженное со­стояние можно также принять плоским, так как усилие на стен­ки матрицы мало по сравнению с продольным напряжением рас­тяжения и тангенциальным напряжением сжатия.

Деформированное состояние обоих участков характеризуется деформацией растяжения в осевом направлении, деформацией сжатия в тангенциальном и деформацией растяжения в радиаль­ном (толщина стенки несколько увеличивается).

В третьем участке (кромка матрицы) происходит изгиб ме­талла в месте перехода конической части матрицы в калибрую­щий поясок.

При больших коэффициентах вытяжки, малой толщине стен­ки и большом диаметре матрицы во избежание образования складок применяют вытяжку с прижимом (см. рис. 176, д).

Вытяжку с утонением стенки применяют для получения полых тонкостенных изделий. Исходным материалом является полая заготовка, полученная сверткой. Полая заготовка проталкивает­ся пуансоном через коническую матрицу, диаметр калибрующего пояска которой меньше наружного диаметра полой заготовки; диаметр пуансона незначительно меньше внутреннего диаметра заготовки, (см. рис. 176, е).

Деформация при вытяжке с утонением стенки заключается в уменьшении толщины стенки и увеличении длины. Деформация в тангенциальном направлении мала, ею можно пренебречь и рассматривать деформацию в этом процессе плоской. Напряжен­ное состояние — объемное с напряжением растяжения в осевом направлении и двумя напряжениями сжатия (в радиальном и тангенциальном направлениях). Причем тангенциальное напря­жение сжатия равно полусумме осевого и радиального напряже­ний (условие плоской деформации).

Процесс вытяжки с утонением стенки аналогичен процессу волочения трубы на длинной подвижной оправке. Здесь также силы трения пуансона о стаканчик направлены в сторону вы­тяжки, уменьшают осевое напряжение в стенке стаканчика и спо­собствуют увеличению коэффициента вытяжки.