Зачистка

Зачистка и калибровка применяются для тех же целей, что и чисто­вая вырубка и пробивка, т.е. достижения перпендикулярности поверхности среза плоскости листа, шероховатости Rа = 2,5-0,32 мкм, точности 8-9 квалитета. Зачистка (калибровка)производится на ра­нее полученных вырубкой (пробивкой) заготовках. В этом случае после правки с обрабатываемой поверхности снимают небольшой слой материала - припуск.

Зачистка выполняется по наружному или внутреннему контуру заготов­ки. Минимальная величина припуска на зачистку равна зазору между пуансоном и матрицей при вырубке или пробивке (рис.15). За­чистку применяют для деталей с периметром до 300 мм и толщиной до 10 мм. Зачистка выполняется за один проход для деталей толщи­ной менее 5 мм 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 обжатием в матрице с заваленными кромками, припуск в этом случае составляет 0,04-0,06 мм.

Формообразующие операции

Гибка. Гибка - это формообразующая операция, при которой изменяет­ся кривизна в одном или нескольких участках заготовки.

Изменение кривизны может происходить только при переменных деформациях по толщине; эти переменные деформации вызваны пере­менными напряжениями по толщине. Гибка производится под действи­ем силы, момента или одновременно силой и моментом. Наиболее час­то используется гибка силой (рис.16а).

Исследование процесса гибки показывает, что по толщине напря­жения и деформации не только постепенно изменяются, но и различны

по знаку: в участках, прилегающих к матрице, возникают растягивающие напряжения и деформации растяжения, а участках, прилегающих к пуансону, напряжения и деформации сжатия, что приводит к изменению поперечного сечения (рис.16б). Между этими участками нахо­дятся слои с напряжениями и деформациями равными нулю. В общем случае, слои нулевых напряжений и деформаций (нейтральные слои) не совпадают. Практическое значение имеет положение нейтрального радиуса деформаций, определяемого по формуле

r1=r+x*s (6)

где r- радиус пуансона, S - толщина металла, x- коэффциент смещения нейтрального от серединного слоя, определяемой в зависимости от отношения r/s, при r/s = 0,5 x=0,3 при r/s = 10, x=0,5. В дальнейшем r1используется для опреде­ления размеров заготовки.

В процессах гибки большое значение имеет радиус гибки. Вели­чина его ограничивается минимальным радиусом. Минимальный радиус гибки определяется из условия отсутствия разрушения металла в зоне растяжения. Минимальная величина этого радиуса зависит от пласти­ческих свойств материала и толщин заготовки. Для материалов сред­ней пластичности (δ = 15-20%) минимальный радиус гибки (пуансо­на) ориентировочно равен 0,5 * Для конкретных материалов (ус­ловий*) уточняется по таблицам. Чем более пластичный металл, тем меньше минимальный радиус гибки и наоборот. Минимальный радиус гибки зависит и от расположения линии гибки относительно направ­ления проката (расположения волокон макроструктуры); при парал­лельных линию гибки и направлении проката - минимально допусти­мый радиус больше, чем при взаимноперпендикулярном расположении направления проката и линии гибки, когда получают наименьшую величину минимально допустимого радиуса гибки. При промежуточной величине угла наклона линии гибки к направлению проката надо брать промежуточные значения радиуса гибки, пропорциональные ве­личине угла. Для предупреждения образования отпечатков на полоч­ках детали необходимо назначать на кромках матрицы, по которым втягивается материал, радиус не менее трех толщин.

Так как напряжения и деформации по толщине неодинаковы по ве­личине и знаку, то на основе закона о разгрузке, происходит умень­шение растянутой части, и увеличение размера сжатой части заготов­ки. Это приводит к упругому изменению угла гибки - пружинению, приводящему к уменьшению угла гибки (рис.17). Одновременно происходит и увеличение радиуса гибки.

Пружинение зависит от относительной величины радиуса пуансона r/s, материала детали, угла гибки и других факторов. Величина пружинения для данных условие гибки постоянна. Величина пружинения может быть уменьшена путем сжатия (правки) детали в штампе. При радиусах гибки менее r/s<2изменение радиуса по величине незна­чительно и поэтому его не учитывают.

Растягивающие и сжимающие напряжения и деформации гибки вслед­ствие закона о дополнительных напряжениях, возникают и в прямоли­нейных участках, прилегающих к криволинейным, распространяются на расстояние до двух толщин материала от линии сопряжения криволи­нейного участка с прямолинейным. Усилие гибки Vобразной детали определяют по формуле:

P= бв*(B*s2)/(r+s) (7)

где B - ширина летали.

Для других форм детали определяют усилие по соответствующим формула в справочниках.

Размеры заготовки рассчитывают исходя из развертки детали на плоскость. Как известно при гибке изменяется длина волокон в кри­волинейных участках, а прямолинейные остаются по длине до и после гибки неизменной длины. Поэтому деталь разделяют на прямолинейные и криволинейные участки (рис.18),

определяют их длины и суммируют для получения общей длины развертки. Длины прямолинейных участков определяют по данным чертежа, длины криволинейных участ­ков по длине нейтрального волокна деформации:

lkpi=(п*r1*a)/180

длина развертки равна

где - сумма длин прямолинейных участков, - сумма длин криволинейных участков,

r1 - радиус нейтрального волокна деформации формула (6) n,k - число прямолинейных и криволинейных участков.

Оборудование Для выполнения операции гибки используют кривошип­ные прессы. В условиях массового производства используют специа­лизированные прессы, а также специальные гибочные прессы - универ­сально-гибочные автоматы. Эти автоматы увеличивают производитель­ность в десятки раз.

Оснасткой для гибки является штамп. Конструкция штампа для гибки содержит элементы, известные по конструкции штампа для вы­рубки-пробивки.

Технологичность деталей получаемых гибкой

1. Радиус гибки пуансона не должен быть менее допустимого мини­мального для данного материала.

2. Радиус матрицы не менее трех толщин.

3. Длина отгибаемой части полочки должна быть не менее двух толщин (рис.19а), если отгибаемая часть короче рекомендуемой величины, то ее изготовляют более длинной, а затем обрезают по высоте.

4. Расстояние от края отверстия до линии сопряжения полочки с радаусом должано быть не менее двух толщин (рис.19а). При мень­шем расстоянии пробивку отверстия делают после гибки или предус­матривают на перегибе отверстие (рис.19а) для предупреждения

искажения ранее полученного отверстия.

5. При одновременной двуугловой (четырехугловой) гибке длина линии гибки противоположных полочек не должна резко отличаться, так как под действием сил трения может изменяться высота полочки.

6. Угол между линиями гибки и контура домен быть равен 90˚ для предупреждения деформации полочек под действием сил трения (рис.19в).

7. Простановка размеров и допусков на чертеже детали: наиболее технологичны детали у которых координаты центров отверстий заданы от края полочки (рис.), в этом случае пробивку отверстий совмещают с вырубкой заготовки, при другой схеме простановки раз­меров отверстия пробивают в отдельном штампе после гибки для обеспечения заданной точности; допуски на линейные размеры задают симметричные.

Вытяжка. Вытяжкой называют процесс превращения плоского заготовки в полое изделие, или - процесс превращения полой заготовки в полое изделие меньшего диаметра и большей высоты. Различают вы­тяжку с утонением стенок и без утонения стенок, а также комбини­рованную вытяжку.

При обычной вытяжке толщина стенок детали гложет быть больше исходного толщины заготовки. При вытяжке с утонением толщина стенок получаемой детали меньше толщины стенок заготовки. При обычной вытяжке основная деформация происходит за счет значительного из­менения диаметра заготовки, при вытяжке с утонением - за счет

изменения толщины заготовки. При комбинированной вытяжке происходит деформирование заготовки и за счет изменения диаметра и за счет умень­шения толщины заготовки одновременно.

В зависимости от температуры штампуемого металла различают холодную вытяжку и вытяжку с подогревом. Под термином "вытяжка" подразумевают холодную вытяжку без утонения. В процессе вытяжки получают детали круглого и других (произвольных) поперечных се­чений: квадрат, прямоугольник, овал и др.

Рассмотрим процесс вытяжки на примере изготовления круглой детали (рис.20). В этом случае круглая заготовка втягивается в зазор Z между матрицей и пуансоном под действием силы Р; при этом диаметр заготовки уменьшается и высота изделия увеличивается за счет сжатия заготовки в окружном направлении и растяжения в радиальном направлении; дно растягивается в окружной и радиальном направлениях. При некоторых условиях под действием сжимающих напряжений теряется устойчивость фланца-кольцевой час­ти заготовки. Это приводит к образованию гофров, препятствующих втягиванию заготовки в зазор и приводящих к разрыву заготовки - браку. Для предупреждения образования гофров вводят прижим (рис. 20а), прижим осуществляют с давлением q = (0,1-0,3 кгс/мм2) 0,01-0,03 Мн/м2.

Процесс деформирования при вытяжке характеризует отношение среднего радиуса деуали к радиусу заготовки - коэффициент вытяжки; предельная величина коэффициента вытяжки

m=r/R3=0,5-0,7 (10)

при этом отношение высоты полученной детали к диаметру H/d<0,7-0,6.

Если необходима большая высота детали полученное полое изде­лие подвергают последующей вытяжке: второй, третьей и т.д. При этом предельная суммарная величина коэффициента вытяжки может достигать m = 0,25, а отношение высоты детали к диаметру до

8-10. Необходимость прижима. Прижим на первой операции нужен, если

(S/D3)*100<2 (11)

прижим на последующих операциях нужен, если

(S/dn-1)*100<1,5, а mn<0,78 (12)

Усилие прижима определяют по формуле

Pnp=q*Fnp (13)

где q - давление прижима, Fnp - площадь прижима.

Втягивание материала в матрицу возможно лишь наличии определенных радиусов на пуансоне или матрице, так как при радиусах равных нулю процесс вытяжки переходит в процесс вырубки. При вытяжке рекомендуют назначать:

радиус матрицы: rm=(4-8)S (14)

радиус пуансона: rn=(0,7-0,8)rm

Для уменьшения сил трения при вытяжке заготовки смазывают смазками, назначаемыми в зависимости от марки металла заготовки.

Усилие вытяжки определяют по формуле (наибольшее)

Pв=бв*п*d (15)

Общее усилие определяют с учетом прижима

P=pв+pnp (16)

При вытяжке одновременно можно формовать на дне небольшие рельефные впадины и выступы, деталь может быть без фланца и с фланцем.

Особенности формы

При вытяжке вследствие анизотропии материала открытый торец детали получается по высоте не одинаковым, а наружный диаметр фланца не круглым. Поэтому необходим припуск для обрезки. Толщина детали по высоте также не одинакова у верхнего торца от 1 до 1,3 толщины у дна - 0,85So, толщина дна уменьшается до 0,95So (рис.21)

Размеры заготовки определяют из условия равенства поверхности заготовки поверхности детали с учетом припуска на обрезку; для круглой детали:

Fзаг=FДЕТ+F; D3=1,13(Fзаг)1/2 (17)

Зазор между матрицей и пуансоном принимается равным (1-1,3)So в зависимости от коэффициента вытяжки.

Штампы для вытяжки имеют те же, что и при вырубке - пробивки, основные элементы.

Вытяжка с подогревом. При обычной вытяжке за один переход получают высоту (0,6-0,7)d. При вытяжке с подогревом можно за один переход получить высоту, равную (1,3-2,3)d. Способ используется для вытяжки заготовок главным образом из цветных сплавов (алюминиевых, магниевых, титановых). Сущность процесса заключается в том, что материал в очаге деформации нагревается (рис.22) и тем самым уменьшается его предел текучести а в зоне сформировавшейся части детали металл охлаждается для увеличения механических характеристик.

Температура нагрева в очаге деформации должна быть выше температуры рекристаллизации с тем, чтобы материал не получал упрочнения. Вытяжка делается на

гидропрессах или на тихоходных (12-20ход/мин) механических прессах.

Вытяжка с утонением. Вытяжка с уточнение отличается от рассмотренной выше вытяжки тем, что при этом процессе уменьшается толщина стенки полого изделия, а диаметр остается почти неизменным, высота детали значительно увеличивается. Зазор между матрицей и пуансоном в этом случае меньше толщины заготовки (рис.23).

Сущность процесса. Усилие от пуансона передается донышку, при этом начинает уменьшаться толщина стенки за счет нормальных сил возникающих со стороны конической части матрицы и пуансона, тангенциальных сжимающих сил и еще сил трения на матрице и пуансоне.

Важно отметить, что сила трения на пуансоне направлена вниз и способствует разгрузке опасного сечения, так как материал в очаге деформации под действием сдвигающих напряжений частично при движении пуансона вытесняется вверх относительно движения пуансона (двигающегося вниз).

Для получения большей степени деформации (U=(Fo-F)/Fo) вытяжку ведут через две или три матрицы. Для вытяжки с утонением применяют все деформируемые материалы.

Вытяжка с утонение нашла широкое применение в промышленности, особенно в приборостроении для изготовления заготовок сильфонов - упругих чувствительных элементов системы автоматики.

Вытяжка с утонением по сравнением с обычной вытяжкой имеет следующие преимущества:

1.Не требует применения сложных штампов и прессов.

2.Число вытяжных операций может быть меньше для получения заданной высоты по сравнением с обычной вытяжкой.

3.Качество металла в вытянутой стенке лучше.

Особенность деталей заключается в том, что толщина донца в (5-10) раз толщины стенок.

Точность при вытяжке нужно рассматривать для каждого параметра отдельно:

а) Точность по диаметру,

б) Точность по толщине стенок,

в) Точность по высоте.

Эти параметры в значительной степени определяются степенью точности инструмента. С учетом всех факторов достигаемая при вытяжке точность по диаметру может соответствовать 6-9 квалитету; по толщине - 6-11 квалитету; по высоте - ниже 16 квалитета.

Качество наружной поверхности зависит от качества поверхности матрицы: внутренней - определяется частотой поверхности исходного материала и пуансона; шероховатостью по наружной поверхности - Ra=0,63-0,16 мкм.

Комбинированная вытяжка. При комбинированной вытяжке за один переход существенно уменьшается диаметр заготовки и толщина (рис.24). Так как при обычной вытяжке значительная разнотолщинность стенки по высоте (до 0,85S у дна и до 1,3S у верхнего торца), то в начальный момент происходит только обычная вытяжка и вытяжка с уточнением. При комбинированной вытяжке создается благоприятная схема напряженного состояния, при которой обычная вытяжка разгружает наиболее нагруженное сечение вытяжки с уточнением. Это позволяет с получением высоких качественных показателей увеличить производительность в 2-3 раза.

При комбинированной вытяжке получают заготовки 6-9 квалитета, точности по диаметру, 6-11 квалитета точности по толщине стенки, шероховатость - Ra=0,63-0,16 мкм.

Технологичность деталей полученных вытяжкой.

1.Радиус рабочей кромки матрицы rm=(4-8)S, пуансона

rn=0,7rm. Сопряжение дна со стенкой без радиуса можно получить путем калибровки или при штамповке весьма толстых заготовок с D3/S>20, m>0,7.

2.В первую очередь операцию вытяжки можно получить отношение высоты детали (H) к диаметру (d) не более H/d<0,6 (m=0,5); для получения большей высоты необходимы последующие переходы.

Наиболее экономично изготовлять более высокие детали с большей точностью и лучшим качеством поверхности комбинированной вытяжкой, при которой за одну операцию можно получить в зависимости от принятых степеней деформации относительную высоту детали до 1,5-2,5.

3. Избегать глубоких вытяжек с широким фланцем (Dф>3d при h>2d), требующих большого количества операций.

4.Конфигурация деталей должна быть простой: дно - плоское или слегка выпуклое в наружную сторону, фланец - плоский, боковые поверхности цилиндрические, конические; Вместо конических с малым углом конусности предпочтительнее цилиндрические поверхности.

5.Размеры деталей следует проставлять так: высоту-от дна детали, радиусы закруглений между дном и стенкой - по внутренней поверхности, радиус закругления между фланцем и стенкой - по наружной поверхности, размеры выступов по высоте лучше проставлять между дном и ступенью снаружи.

6.Допуски на диаметры выпуклых деталей следует устанавливать не выше 12-13 квалитета точности.

7.Точность поперечного сечения деталей при комбинированной вытяжке соответствует 6-9 квалитету точности, большая точность относится к деталям, полученным с большой степенью деформации по диаметру.

8.Шероховатость поверхности деталей полученных комбинированной вытяжкой и вытяжкой с утонением соответствует Ra=1,25-0,16 мкм; при обычной вытяжке шероховатость на 1-2 интервала параметра шероховатости ниже исходной.

Формовка.

Формовка - процесс изменения формы заготовки за счет местных деформаций. К формрвке относятся операции:

1.рельефная формовка,

2.отбортовка отверстий,

3. закатка борта,

4. раздача,

5. обжим,

6. правка.

Рельефная формовка - операция, которая обеспечивает получение на заготовках ребер жесткости различной формы (рис.25). При рельефной формовке листового материала деформирование происходит за счет двухосного растяжения (растяжения в плоскости листа), при этом материал значительно утоняется (50%).

Допустимая степень деформации определяется по формуле:

E=(l-lo)/l0<0,75δ = 15-18% (18)

где lo и l -длина элемента до и после деформации операции, δ - относительное удлинение материала при растяжении.

Отбортовка. Различают отбортовку отверстий и отбортовку наружного контура.

Отбортовка отверствий - процесс формоизменения листовой заготовки, при котором у отверстия получают борт (рис.26).

При деформировании наблюдается растяжение в тангенциальном (окружном) направлении и уменьшение толщины материала. Степень деформации определяется коэффициентом отборки:

Kот=d/D

При (S/D)*100=2, Kот=0,75 при сверлении отверстия и Kот=0,8 при пробивке.

Допустимая степень деформации в значительной степени зависит от:

1) качества поверхности отверствия,

2)относительной толщины материала,

3) материала и его состояния,

4)формы рабочей части пуасона.

Чем меньше трещин на поверхности отверствия, чем меньше Kот.

У сверленных отверствий Kот меньше, чем пробитных. У пробитной детали Kот значительно изменяется в зависимости от положения блестящего пояска относительно матрицы. Если блестящий поясок будет в зоне наибольших деформаций, то Kот меньше, чем при положении шероховатой части в зоне наибольших деформаций.

Высота борта определяется как и при гибке (приближенно). Это возможно благодаря тому, что материал утоняется. Наибольшая толщина у края борта определяется выражением (на основе постоянства объема)

S1=So*(Kот)1/2 (20)

Разновидности отбортовки: отбортовка с утонением.

Отбортовка с утонением выполняется для получения более высоких буртов. При отбортовке с утонением одновременно с образованием бурта толщина стенки уменьшается.

Отбортовка наружного контура - это в сущности процесс неглубокой вытяжки. К этому процессу относятся все характерные особенности вытяжки: напряженное состояние, деформации и возможность гофрообразования.

Раздача - представляет собой процесс увеличения периметра поперечного сечения трубчатой исходной заготовки (рис.27).

Наименьшая толщина стенки прближенно определяется выражением

S1=So*(d/d1) (21)

Соотношение Kр=d/d0 называют коэффициентом раздачи, который может достигать величины 1,6 при S/d=0,15 и угле а=20 грд. (рис.27).

Обжим - процесс уменьшения периметра поперечного сечения краевой части полой заготовки (рис.28).

При обжиме в заготовке возникают тангенциальные сжимающие напряжения, в результате чего уменьшается периметр и уменьшается толщина заготовки. Увеличение толщины заготовки у края можно определить из выражения, полученного на основе условия постоянства объема:

S об=So√(D/d) (22)

В процессе обжима вертикальная часть детали имеет сжимающие напряжения, под действием которых она может получить потерю устойчивости. Для предупреждения потери устойчивости и увеличения коэффициента обжима

Kоб=D/d (23)

применяют подпор наружный, внутренний и одновременно оба.

Коэффициент обжима для мягкой стали:

Правкой называют операцию, при которой происходит увеличение точности формы детали.

При операциях отрезки или вырубки, гибки и пробивки материал в очаге деформации и вблизи него находится под действием изгибающего момента. Этот изгибающий момент нарушает плоскостность полученных деталей, за счет удлинения волокон на одной и укорочение волокон на другой сторонах детали. Операция правки заключается в том, сделать все волокна одинаковой длины по толщине металла (кроме зон гибки в гнутых деталях. Достигается это на штампах (рис.29). Штампы для правки могут иметь:

плоские (гладкие) плиты,

точечные плиты,

вафельные плиты.

Шаг между выступами точечных и вафельных плит должен быть равен: t=(0,5-0,9)S, давление правки от 50 до 300 мн/м2 (от 5 до 30 кГ/мм2). Плиты должны быть массивными с тем, чтобы при правке они не прогибались.

Комбинированная штамповка.

Для получения производительности труда (в 3-10 раз), уменьшения количества штампов и прессов в месте штамповки по отдельным операциям применяют комбинированную штамповку. Комбинированная штамповка заключается в одновременном выполнении нескольких операций в одном штампе. Существует три способа комбинирования операций холодной штамповки: последовательный, совмещенный и последовательно-совмещенный (рис.30).

Отличие этих вариантов состоит в последовательности и месте выполнения операций. При последовательном способе все операции выполняются одновременно в последовательном штампе на разных позициях, причем число переходов соответствует числу позиций. При совмещенном способе все операции выполняются одновременно в одной и той же позиции штампа совмещенного действия. При последовательно-совмещенном способе для одновременного выполнения всех операций требуется позиций в инструменте меньше, чем операций. Этот способ представляет комбинацию из первых двух.

Для выполнения технологических процессов используется материал в виде полосы или ленты. Использование полосового или ленточного материала позволяет в значительной мере механизировать и автоматизировать процесс штамповки. Ширина полосы при наличии вытяжки в комбинированной штамповке принимается несколько больше, чем это необходимо для получения детали с той целью, чтобы можно было иметь перемычки между отдельными операциями для перемещения всех полуфабрикатов на следующую позицию.

При выполнении формоизменяющих операций в ленте (полосе) часто требуется специальная подготовка ленты (выполнение прорезей, вырубки промежутков) для облегчения процесса деформирования материала.

Выбор способа штамповки определяется рядом факторов:

1.точностью изготовления детали (особенно получения соосности),

2.технической культурой инструментального производства,

3.конструкцией детали и пр.

В зависимости от сложности и размеров детали комбинированная штамповка может быть однорядная и многорядная.

Точность комбинированной штамповки определяется точностью отдельных элементов контура детали и точностью взаимного расположения этих элементов. Точность отдельных контуров детали определяется точностью используемого способа. Точность взаимного расположения отдельных элементов контура определяется способом комбинированной штамповки: при совмещенной штамповке - точностью взаимного расположения пуансонов и матриц; при последовательной - точностью взаимного расположения пуансонов и матриц и точностью оринтеровки (базирования) полуфабриката (заготовок) на каждом переходе, обычно она соответствует 12-14 квалитету.

Поиск по сайту: