Разработка чертежей штамповочных поковок.

При разработке технологического процесса объемной штамповки сначала по чертежу готовой детали (I) разрабатывают чертеж поковки (II). Конфигурация и размеры детали в основном определяют схему технологического процесса.

Обычно разработка чертежа поковки выполняется в такой последовательности:

1 — на чертеже поковки определяют плоскость разъема штампа;

2 — назначают припуски на механическую обработку, допуски и напуски;

3 — определяют штамповочные уклоны и радиусы закруглений.

Максимально допустимые уклоны согласно ГОСТ 7505-89 для наружных плоскостей не должны превышать 7°, а для внутренних 10°. Переходные радиусы закруглений (R4... 10 мм) обеспечивают лучшее заполнение металлом углов поковок и уменьшают износ штампов.

 

Листовая штамповка

 

Листовая штамповка — метод изготовления плоских и объемных тонкостенных изделий из листового материала, ленты или полосы с помощью штампов на прессах или без применения прессов. Листовая штамповка подразделяется на горячую и холодную.

Горячая штамповка. Применяется главным образом в производстве котельных днищ, полушариев, буев и других корпусных деталей для судостроения. Изготовляются они из стального листа толщиной 3... 4 мм. Операции горячей листовой штамповки аналогичны операциям холодной штамповки. Однако при составлении технологического процесса всегда учитывается нагрев. Составляя чертеж заготовки, надо учитывать утяжку металла при вырубке, пробивке и гибке, а также и степень коробления при остывании детали, так как ее размеры при этом несколько сокращаются. Это обстоятельство заставляет увеличивать допуски на размеры в сравнении с холодной штамповкой. Нагревают заготовки в пламенных и электрических печах, а также в электронагревательных устройствах.

Холодная штамповка. Это наиболее прогрессивный метод обработки давлением, так как он позволяет получить детали, не требующие в большинстве случаев дальнейшей обработки резанием. Холодной листовой штамповкой изготовляют как крупные, так и мелкие детали (рамы и кузова автомобилей, шасси самолетов, элементы обшивки судов, детали часовых механизмов и др.).

Листовая штамповка дает большую экономию в использовании металла, обеспечивая в то же время высокую производительность. Но наибольший эффект она дает при массовом и крупносерийном производстве.

При холодной листовой штамповке применяются углеродистая и легированная стали, алюминий и его сплавы, медь и ее сплавы, а также неметаллические материалы: картон, эбонит, кожа, резина, фибра, пластмасса, поставляемые в виде ли­стов, лент и полос.

 

Технология листовой штамповки. Основным технологическим оборудованием для изготовления изделий методом листовой штамповки являются вибрационные ножницы (рисунке ниже), кривошипные и гидравлические прессы. Операции листовой штамповки могут быть разделены на два основных вида: разделительные и формоизменяющие. К основным разделительным операциям относятся: резка, вырубка и пробивка.

 

 

 

 

Резкой называют операцию, где происходит последовательное отделение части заготовки по прямой или кривой линии. Применяется резка для получения как готовых деталей, так и раскроя листа на полосы нужной ширины. При раскрое листа необходимо, чтобы выход деталей из листа был максимальным, а отходы были минимальными. Рациональность раскроя определяется на основании подсчета коэффициента использования материала. Под коэффициентом понимается отношение площади вырубленных деталей к площади листа. Операция резки производится с помощью вибрационных, дисковых, гильотинных и других ножниц.

Вибрационные ножницы () представляют собой станок с короткими ножами. Верхний нож 5 получает колебательные движения от электродвигателя 1 через эксцентриковый механизм. Листовой металл устанавливают на столе 7 и подвигают между верхним 5 и нижним 6 ножами до упора 3, который может передвигаться и закрепляться в скобе станины, 2,4 — головку, 8 — стойка станины.

Вырубка — операция по получению заготовки замкнутого контура. На рисунке ниже приведены чертеж (I) и схема (II) типовой детали, изготовляемой из полосы вырубкой.

 

Пробивка — получение отверстий в детали нужной формы ().

 

К основным формоизменяющим операциям* относят гибку, вытяжку, отбортовку, обжим и формовку.

Гибка — операция, при которой плоской заготовке придают изогнутую форму (рис. 81: 1 — пуасон; 2 — нейтральный слой; 3 — матрица): R и г — внешний и внутренние радиусы гибки, S — толщина материала. Она может быть V -образная, U-образная и др. (рисунок ниже).

Вытяжка — операция, превращающая плоскую заготовку в полую пространственную деталь или полуфабрикат 2 (рисунок ниже). Вытяжкой изготовляют не только цилиндрические детали, но и сложные по форме коробчатые, конические и полусферические. При вытяжке плоская заготовка 5 втягивается пуансоном 1 в отверстие матрицы 3. Для предотвращения в заготовке при сжимающем напряжении образования складок применяют прижимы 4.

Вытяжка может быть без утонения и с утонением. В первом случае она происходит без заметного изменения, во втором изменяется не только форма заготовки, но и толщина ее стенок. В случае, когда нужно получить глубокую вытяжку, ее ведут в несколько проходов. На рис. 85 показан чертеж типовой детали и из металлического листа 1, изготовленной штамповкой с вытяжкой.

Отбортовка — операция образования бортов по наружному контуру листовой заготовки или вокруг заранее пробитых отверстий (рисунок ниже). Она применяется главным образом для образования горловин у плоских деталей 2, необходимых как для нарезания резьбы, так и сварки или сборки. Обычно она выполняется последовательно (I, II, III) за один или не­сколько проходов в штампах, состоящих из пуансона 1 и матрицы 3. Операцию отбортовки очень часто выполняют на концах труб при подсоединении к ним фланцев, с помощью которых трубы будут в дальнейшем соединяться.

 

 

 

Обжим — операция сужения (уменьшения) концевой части полых или объемных деталей. Осуществляется она путем обжатия материала штампом снаружи в конической матрице. При этом конфигурация обжимаемой части целиком зависит от формы штампа.

Формовка — операция, связанная с местным изменением формы с сохранением конфигурации наружного контура детали. Примером формовки может служить изготовление ребер жесткости на машиностроительных деталях, а также увеличение размеров по диаметру средней части полой детали.

Технологический процесс обработки различных материалов давлением, как упоминалось выше, производят на прессах. Прессы бывают гидравлические и механические (кривошипные, винтовые, реечные и т. д.). По назначению прессы подразделяют на ковочные, штамповочные, листоштамповочные, чеканочные, обрезные, трубопрофильные, гибочные, правильные, брикетировочные (для изготовления брикетов из кусковатых или порошкообразных материалов), кузнечно-штамповочные автоматы, термо- пластавтоматы и др.

Кривошипные горячештамповочные прессы ГОСТ 6809-87Е (рисунок ниже) изготавливаются в России давлением от 61,78 до 617,8 кН (mc — единица силы и веса). Они состоят из станины 1, ползуна 2, шатуна 3, кривошипного вала 4, стажных колонн 5, зубчатого колеса 6 и фрикционной муфты 7. Применение прессов для горячей объемной штамповки очень эффективно в сравнении с другим технологическим оборудованием. Они обеспечивают более высокую точность поковок при значительной экономии металла. Наличие в них индукционного электрического нагрева способствует улучшению условий труда в цехе: уменьшаются шум и сотрясение здания, устраняется задымленность производственных помещений. Управление прессом осуществляется органами регулирования и с помощью сжатого воздуха из цеховой магистрали.

 

На рисунке ниже  показан пресс для холодной штамповки ГОСТ 9408-89Е, состоящий из стойки 1, электродвигателя 2, цилиндра уравновешивания ползуна 3, зубчатого колеса 4, направляющих 5, ползуна 6 и стола пресса 7. На подобных прессах изготавливают как мелкие, так и крупные листовые детали, например, кузова автомобилей. Возможное давление пресса — 30,89 кН.

 

 

Гидравлические прессы обладают наилучшей характеристикой для глубокой вытяжки и других операций листовой штамповки, так как осуществляют деформирование металла с постоянной скоростью. Подобные прессы широко применяют в авиационной и ракетостроительной промышленности.

 

На рисунке ниже показаны крупные сборочные единицы самолетов, детали которых изготовлены прессованием. Так, каркас пола пассажирской кабины самолета (рис. а) включает: обшивку 1, шпангоут 2, стрингеры 3, поперечные балки 4 и продолжные балки 5. А гондола турбо-винтового двигателя самолета (рис. б) состоит из обтекателя втулки винта — 1, воздухозаборника 2, крышки переднего капота 3, крышки заднего капота 4, люка 5, силовой фермы в, кожуха 7, стекателя 8, хвостовой части гондолы 9, силового шпангоута 10, рамы маслорадиатора 11, силового шпангоута 12 и боковой балки 13.

 

Рис. а

 

Рис. б

 

Прогрессивные способы холодной листовой штамповки. Новые, виды штамповки благодаря своей простоте и экономичности находят широкое применение в условиях мелкосерийного и единичного производства. К ним относят штамповку резиной, жидкостью, взрывом, электрогидравлическую и др.

 

Штамповка резиной. С ее помощью осуществляются разделительные и формоизменяющие операции. При этом пуансо­ном или матрицей является резина. Штамповку резиной чаще всего применяют для изделий из тонколистового металла толщиной до 2 мм (алюминия, медных сплавов, малоуглеродистой стали).

Штамповка жидкостью. В этом случае металл деформируется под давлением жидкости, принимая форму матрицы. Данный способ применяют для вытяжки полых деталей разной формы.

Штамповка взрывом. Для пластического формоизменения заготовки применяют и взрывчатые вещества (взрывчатые газовые смеси из метана, пропана, гиксогена и др.), создающие высокое давление, под действием которого заготовка принимает форму штампа.

Штамповку взрывом применяют для изготовления крупных деталей и деталей сложной формы, когда изготовление их другими способами невозможно (например, сплавы труднодеформируемые) или неэкономично. Такая штамповка не требует сложного и дорогостоящего оборудования.

Электрогидравлическая штамповка. Этот метод характерен тем, что энергоносителем является высоковольтный электрический заряд в жидкости. Разряд вызывает появление ударной волны, которая и деформирует заготовку, придавая ей необходимую форму.

Этот вид штамповки дает возможность выполнять все операции холодной листовой штамповки с большой точностью и с сравнительно малыми затратами.

Магнитно-импульсная формовка. Формирование изделий этим методом происходит при создании импульсного магнитного поля вокруг заготовки и взаимодействия этого поля с импульсными токами, протекающими в заготовке. В результате такого взаимодействия в заготовке возбуждаются вихревые токи, что приводит к образованию вокруг нее также электромагнитного поля. Это создает предпосылки для динамического воздействия на заготовку и ее деформирование. Этим методом осуществляют обжатие трубных заготовок, рельефную формовку, вырубку и др.