Виды обработки металлов давлением.

Сущность обработки металлов давлением (ОМД).

О М Д – технологический метод производства деталей и заготовок путём пластического деформирования, которое осуществляется силовым воздействием инструмента на исходную заготовку из металла, обладающего необходимой пластичностью.

 

Если при упругих деформациях деформируемое тело полностью восстанавливает исходные форму и размеры после снятия внешних сил, то при пластических деформациях изменение формы и размеров, вызванное действием внешних сил, сохраняется и после прекращения действия этих сил.

Один из основных законов пластической деформации, лежащих в основе технологических расчётов, – условия постоянства объёма, которое гласит:объём тела до пластической деформации равен его объёму после деформации.

 

Величина пластической деформации не безгранична, при определённых её значениях может начаться разрушения металла.

Однако, создавая наиболее благоприятные условия деформирования, в настоящее время достигают значительного пластического формоизменения даже у материалов, имеющих в обычных условиях невысокую пластичность.

 

Преимущества ОМД по сравнению с обработкой резанием:

· уменьшение отходов металла;

· повышение производительности;

· получение деталей с наилучшими технологическими свойствами (прочностью, жёсткостью, высокой износостойкостью и т.д.)

· увеличение диапазона деталей по массе и размерам;

· повышение точности размеров полуфабрикатов получаемых ОМД.

 

 

Прокатное производство.

 

Прокатке подвергают, до 90% всей выплавляемой, стали и большую часть цветных металлов. При прокатке металл пластически деформируется вращающими валками. Взаимное расположение валков и заготовки, форма и число валков могут быть различными.

 

Три основных вида прокатки (рис. 6): (а) – продольная; (б) – поперечная; (в) – поперечно-винтовая.

 

Продольная прокатка – заготовка деформируется между двумя валками, вращающимися в разные стороны, и перемещается перпендикулярно к осям валков.

Поперечная прокатка – валки вращаются в одном направлении, придают вращение заготовке и деформируют её.

Поперечно-винтовая прокатка – валки расположены под углом и сообщают заготовке при деформировании вращательное и поступательное движение.

 

 

Рис. 6. Основные виды прокатки и схема действия сил в момент захвата металла валками:

а – продольная;   б – поперечная;   в – поперечно-винтовая

1 – валки; 2 – заготовка; 3 – оправка; N – нормальная сила; Т – сила трения.

 

При наиболее распространённой продольной прокатке на заготовку со стороны валков действуют нормальные силы N и сила трения Т.

Условия захвата металла валками можно записать:

                                     N Sin α <   T Cos α

 

Выразив Т = f N, где f – коэффициент трения, и подставив это выражение в условия захвата, получим

                         Sin α <   f Cos α  или f > tg α,

Для осуществления захвата металла валками необходимо, чтобы коэффициент трения между валками и заготовкой был больше тангенса угла захвата.

 

При горячей прокатке стали гладкими валками угол захвата равен 15 – 24^о, при холодной – 3 – 8^о. При установившемся процессе прокатки коэффициент трения может быть примерно вдвое меньше.

 

Деформацию заготовки обычно определяют относительным обжатием, %:

                   έ_н = (Н_о – Н₁) 100/Н_о,

где Н_о и Н₁ – высота заготовки соответственно до и после прокатки.

 

Если обжатие по сечению различно используют показатель, называемый вытяжкой,

                   µ = l/ l₀ = F₀/ F,

где l₀ и F₀ – первоначальные длина и площадь поперечного сечения; l и F – те же величины после прокатки.

 

Вытяжка при прокатке обычно составляет 1,1 – 1,6 за проход, но может быть и больше.

Ковка.

       Сущность процесса. Ковка – вид горячей обработки металлов давлением, при котором металл деформируется с помощью универсального инструмента (в качестве которого применяют плоские или фигурные, вырезные) бойки, а также различный подкладной инструмент.

 

Ковкой получают заготовки для последующей механической обработки. Эти заготовки называют коваными поковками, или просто поковки.

 

Ковка является единственно возможным способом изготовления тяжёлых поковок (до 250 т).

 

  Исходными заготовками для ковки тяжёлых крупных поковок служат слитки массой до 320 т. Поковки средней и малой массы изготовляют из блюмов и сортового проката квадратного, круглого или прямоугольного сечений.

Основные операции ковки и применяемый инструмент. Процесс ковки состоит из чередования в определенной последовательности основных и вспомогательных операций. Каждая операция определяется характером деформирования и применяемым инструментом. К основным операциям ковки относятся   осадка, протяжка, прошивка, отрубка, гибка.

Осадка – операция уменьшения высоты заготовки при увеличении площади её поперечного сечения. Разновидностью осадки является высадка (рис.16,а). Осадкой не рекомендуется деформировать заготовки, у которых отношение высоты h_заг к диаметру d_заг больше 2,5, так как в этом случае может произойти продольное искривление заготовок.

Разновидность осадки является высадка (рис.16, б), при которой металл, осаживают лишь на часть длинны заготовки.

Рис. 16. Схемы осадки (а) и высадки (б)

Протяжка – операция удлинение заготовки или её части за счёт уменьшения площади поперечного сечения. Деформация при протяжке может быть выражена величиной уковки:

                           У = F _н / F _к,

где F_н – начальная площадь поперечного сечения; F_к – конечная площадь поперечного сечения после протяжки.

Очевидно, чем больше уковка, тем лучше прокован металл, тем выше механические свойства. Поэтому протяжку применяют не только для получения поковок с удлинённой осью (валы, рычаги, тяги и т.п.), но и в чередовании с осадкой – для большей уковки металла заготовки.

 

Протяжка  имеет ряд разновидностей: разгонка, протяжка с оправкой, раскатка на оправке рис.17.

Разгонка – операция увеличение ширины части заготовки за счёт уменьшения её толщины (Рис.17,г). Протяжка с оправкой – операция увеличения длины пустотелой заготовки за счёт уменьшения её стенок (рис.17., д). Раскатка на оправке – операция одновременного увеличения наружного и внутреннего диаметров кольцевой заготовки за счёт уменьшения толщины её стенок (рис.17., е).

Прошивка – операция получения полостей в заготовке за счёт вытеснения металла. Прошивка сопровождается отходом (выдрой) (рис.18, а).

Отрубка – операция отделения части заготовки по незамкнутому контуру путём внедрения в заготовку деформирующего инструмента – топора (рис. 18, г).

Гибка – операцияпридание заготовке изогнутой формы по заданному контуру (рис. 18, е).

 

Перечисленными операциями ковки трудно изготовить поковки с относительно сложной конфигурацией. Поэтому при изготовлении небольшой партии таких поковок применяют так называемую штамповку в подкладных штампах.

 

 

Рис. 17. Схема протяжки и её разновидности:

1 – оправка; 2 – верхний плоский боёк; 3 – нижний вырезной боёк; 4 – узкий длинный боёк; 5 – кольцевая заготовка; 6 – цилиндрическая оправка

Рис.18. Схема операций ковки:

а – двусторонняя прошивка; б – сквозная прошивка; в – прошивни; г – отрубка; д – топоры; ж – штамповка в подклодных штампах

Оборудование для ковки.

 

Ковку выполняют на ковочных молотах и ковочных гидравлических прессах.

Молоты – машины динамического, ударного действия. Одним из основных типов молотов для ковки являются паровоздушные молоты (рис. 19). КПД молота зависит от массы шабота и массы падающих частей (масса шабота в 15 раз больше массы падающих частей).

Рис. 19. Схема паровоздушного молота арочного типа

 

В зависимости от конструкции станины паровоздушные ковочные молоты бывают арочные, мостовые и одностоечные.

 

На станине 4 арочного молота (рис.19) смонтирован рабочий цилиндр 1 с парораспределительным устройством 11. При нажатии педали или рукоятки управления сжатый пар или воздух по каналу 12 поступает в верхнюю полость цилиндра 1 и давит на поршень 2, соединённый штоком 3 с бабой 5, к которой прикреплён верхний боёк 6. В результате падающей части 2, 3, 5 и 6 перемещаются вниз и наносят удар по заготовке, уложенной на нижний боёк 7, неподвижно закреплённый на массивном шаботе 8. При подаче сжатого пара по каналу 10 в нижнюю полость цилиндра 1 падающие части поднимаются в верхнее положение. Перемещение бабы 5 происходит в направляющих 9. В ковочных молотах станина4 и шабот 8 закреплены на фундаменте по отдельности, так как для того, чтобы манипулировать заготовками и кузнечным инструментом, необходимо иметь доступ к бойкам со всех сторон (рис.20)

Рис.20. Паровоздушный молот арочного типа

 

Гидравлические прессы – машины статического действия; продолжительность деформации на них может составлять от единиц до десятков секунд. Металл деформируется приложением усилия, создаваемого с помощью жидкости (водной эмульсией или минерального масла), подаваемого в рабочий цилиндр пресса Рис.21.

Рис.21. Гидравлический пресс статического действия

 

Технологическая разработка процесса – это составление чертежа поковки, на основании разработанного конструктором чертежа готовой детали с учётом припусков, допусков и напусков (рис.22.). 

 

 

Припуск 2 – поверхностный слой металла поковки, подлежащий удалению обработкой резанием для получения требуемых размеров и качества поверхности готовой детали 1. Размеры детали увеличивают на величину припусков в местах, которые подлежат обработке резанием. Припуск 2 зависит от размеров поковки, её конфигурации, типа оборудования, применяемого для изготовления поковки и других факторов. Чем больше размеры поковки, тем больше припуск.

Допуск 4 – допустимое отклонение от номинального размера поковки, проставленного на её чертеже, т.е. разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами поковки.

Конфигурацию поковки иногда упрощают за счёт напусков 3 – объёма металла, добавляемого к поковке сверху припуска для упрощения её формы и, следовательно, процесса ковки.

Напуск 3 удаляют последующей обработкой резанием. Припуски, допуски и напуски назначают в строгом соответствии с ГОСТом.

Рис. 22.   Схема размеров поковки с напуском, припуском и допуском

Выбор оборудования для ковки устанавливают в зависимости от конфигурации поковки и технологических требований на неё, вида заготовки (слиток или прокат).

Последовательность операций ковки устанавливают в зависимости от конфигурации поковки и технологических требований на неё, вида заготовки (слиток или прокат).

В качестве примера на рис.23. приведена последовательность ковки полого массивного цилиндра из слитка на гидравлическом прессе. Цилиндр куют из стального слитка (сталь 40) массой 18 т с пяти нагревов. После первого нагрева протягивают прибыльную часть под патрон и сам слиток на диаметр 1000 мм, отрубают донную и прибыльную части слитка (рис.23, а). После второго нагрева выполняют осадку, прошивку отверстия и раскатку на оправке (рис.23, б). После третьего нагрева – посадку на оправку и протяжку на длину 1100 мм (рис.23., в). После четвёртого – посадку на оправку и протяжку средней части на диаметр 900 мм (рис.23, г). После пятого нагрева (нагревают только конец А) заковывают конец А.

 

 

Рис. 23. Последовательность операций ковки полого цилиндра из слитка

 

Технологические требования к деталям, получаемых из кованых поковок, сводятся главным образом к тому, что поковки должны быть наиболее простыми, очерченными цилиндрическими поверхностями и плоскостями (рис.24, 1 – 4). В поковках следует избегать конических (рис.24, 5) и клиновых (рис.24, 6) форм. Необходимо учитывать трудность выполнения ковкой участков пересечений цилиндрических поверхностей между собой (рис24, 7) и с призматическими поверхностями (рис24, 8). В поковках следует избегать ребристых сечений, бобышек, выступов и и т.п., учитывая, что эти элементы в большинстве случаев изготовить ковкой невозможно. В местах сложной конфигурации приходится прибегать к напускам в целях упрощения конфигурации поковки, что вызывает удорожание детали. Кроме того следует стремиться, чтобы конфигурация детали позволяла получать при ковке наиболее благоприятное расположение волокон.

 

 

Рис. 24. Правильные и нежелательные формы поковок

Технологические особенности ковки высоколегированных сталей и цветных металлов обусловлены их технологическими свойствами.

 

Высоколегированные стали склонны к интенсивному упрочнению, поэтому для их ковки целесообразнее использовать пресс, а не молот. Особенно осторожно следует ковать литую заготовку, так как литая структура менее пластична, чем деформированная.

Последнее относится и ко всем алюминиевым сплавам. Например, АК5, АК6, АЛ1.

Медные сплавы (латунь и бронза) имеют не высокий запас пластичности, поэтому процесс ковки необходимо вести с минимальными растягивающими напряжениями.

Титан и титановые сплавы имеют достаточно высокую пластичность и обрабатываются всеми применяемыми способами ковки.

 

Горячая объёмная штамповка.

 

Горячая объёмная штамповка – это вид обработки металлов давлением, при котором формообразование поковки из нагретой заготовки осуществляют с помощью специального инструмента – штампа.

 

В качестве заготовок для горячей штамповки в подавляющем большинстве случаев применяют прокат круглого, квадратного, прямоугольного профилей, а также периодический.

 

По сравнению с ковкой штамповка имеет ряд преимуществ:

· можно получать поковки сложной конфигурации без напусков;

· допуски на штампованную поковку в 3 – 4 раза меньше, чем на кованную, вследствие этого сокращается объём последующей обработки резанием;

· производительность штамповки выше.

 

В тоже время имеется ряд недостатков:

· штамп – дорогостоящий инструмент и пригоден только для изготовления какой-то одной, конкретной поковки;

· для объёмной штамповки поковок требуется большие усилия деформирования, чем для ковки таких же поковок.

 

Поковки массой в несколько сот килограммов для штамповки считаются крупными. В основном штампуют поковки массой 20 – 30 кг и только в отдельных случаях - массой до 3 т.

Горячей объёмной штамповкой изготовляют заготовки для ответственных деталей автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных машин, самолётов, железнодорожных вагонов, станков и т. д.

Конфигурация поковок чрезвычайно разнообразна, в зависимости от неё поковки обычно подразделяют на группы и подгруппы (рис.25).

Для примера, штампованные поковки, показанные на рис.26, можно разделить на две группы: удлинённой формы, характеризующиеся большим отношением длины к ширине (рис.26, а), и короткие круглого и квадратного сечения (рис.26, б).

 

 

Рис. 25. Деление конфигураций поковок на группы и подгруппы

 

 

Рис. 26. Штампованные поковки

Способы горячей объёмной штамповки. Наличие большого разнообразия форм и размеров штампованных поковок, а также сплавов, из которых их штампуют, обуславливает существования различных способов штамповки.

Так как характер течения металла в процессе штамповки определяется типом штампа, то этот признак можно считать основным для классификации способов штамповки.

В зависимости от типа штампа выделяют:

· штамповка в открытых штампах (предусмотрено заусенечная канавка, облой) рис.27, а.

· штамповка в закрытых штампах рис.27, б, в.

При штамповке в закрытых штампах необходимо строго соблюдать равенство объёмов заготовки и поковки. Существенное преимущество штамповки в закрытых штампах – уменьшение расхода металла, поскольку нет отхода в заусенец. Поковки, полученные в закрытых штампах, имеют более благоприятную макроструктуру, так как волокна обтекают контур поковки, а не перерезаются в месте выхода металла в заусенец.

Рис. 27. Схемы штамповки в открытых и закрытых штампах:

1 – заусенечная канавка

 

Проектирование поковки. Схема технологического процесса штамповки в основном определяется конфигурацией и размером детали, которую нужно получить. По чертежу детали составляют чертёж поковки.

Прежде всего, необходимо правильно выбрать поверхность разъёма. Плоскость разъёма должна быть выбрана такой, чтобы поковка свободно вынималась из штампа. При штамповке возможен сдвиг одной половины штампа относительно другой. Чтобы такой сдвиг можно было легко контролировать, плоскость разъёма должна пересекать вертикальную поверхность поковки (рис.28).

Припуски на механическую обработку назначают главным образом на сопрягаемые поверхности детали. Припуск зависит от габаритных размеров и массы поковки, от вида оборудования штамповки, шероховатости обрабатываемой поверхности детали; припуск выбирают по ГОСТу.

Для облегчения заполнения полости штампа и извлечения из неё поковки поверхности последней должны иметь штамповочные уклоны и радиусы скругления (рис.29).

 

При проектировании детали следует стремиться к возможно меньшей разности в площадях поперечных сечений на различных участках длины детали, избегать тонких стенок, высоких рёбер, длинных отростков и тонких приливов, примыкающих к плоскости разъёма.

  Способы получения заготовки. Поковки простой конфигурации, не имеющие большой разности сечений по длине (высоте), обычно штампуют в штампах с однойполостью, т. е. в одноручьевых штампах. Поковки сложной конфигурации с резкими изменениями сечений по длине, с изогнутой осью штамповать в одноручьевом штампе из прокатанных заготовок постоянного профиля невозможно (или штамповка сопровождается недопустимо большим отходом в заусенец).

В этом случае форму заготовки следует приблизить к форме поковки, прежде чем производить окончательное формообразование в штамповочном ручье, т.е. необходимо получить профилированную или фасонную заготовку.

 

Рис.28. Выбор плоскости разъёма штампа:

а – неправильно; б – правильно

 

 

Рис.29. Примеры составления чертежа поковки:

а – деталь; б – поковка при штамповке в открытом штампе; в – то же, в закрытом штампе с одной плоскостью разъёма; г – то же, в закрытом штампе с двумя плоскостью разъёма.

 

 

Чаще всего в настоящее время фасонную заготовку получают в заготовительных

ручьях штампов. Этот способ в зависимости от характера производства осуществляют либо в одном многоручьевом штампе, либо в нескольких одноручьевых, установленных на отдельных штамповочных машинах. В первом случаи в одном блоке расположены полости (ручьи) для получения фасонной заготовки и окончательного формообразования поковки (рис. 30.).

Ручьи в многоручьевых штампах подразделяют на заготовительные и штамповочные. К заготовительным ручьям, служащим для получения фасонной заготовки, относятся протяжной, подкатный, гибочный, площадка для осадки и др.

Протяжной ручей 2 (рис.30.) служит для увеличения длины отдельных участков заготовки за счёт уменьшения площади их поперечного сечения.

Подкатный ручей 1 служит для местного увеличения сечения заготовки (набора металла) за счёт уменьшения сечения рядом лежащих участков.

Гибочный ручей 5 применяют только при штамповке поковок, имеющих изогнутую ось.

Черновой ручей 4 применяют в основном для снижения износа чистового.

Чистовой ручей 3 расположен в центре штампа, так как при штамповке наибольшее усилие возникает в нём. По краям штампа располагают ручьи, в которых усилия штамповки наименьшее, чтобы уменьшить эксцентрично приложенную на штамповочное оборудование нагрузку.

 

Рис.30. Многоручьевой штамп

 

При штамповке осадкой заготовки в торец размеры её подсчитывают из условия

1,25 < l _заг / d _заг < 2,5,

где l_заг – длина заготовки; d_заг – диаметр заготовки (или сторона квадрата).

 

При меньшем отношении длины к диаметру затрудняется отрезка заготовки, при большем – возможен продольный изгиб при осадке.

 

Холодная штамповка

Сущность процесса. Обычно под холодной штамповкой понимают штамповку без предварительного нагрева заготовки. Холодную штамповку можно подразделить на:

· объёмную штамповку (сортового металла);

· листовую штамповку (листового металла).

 

 

Рис.39. Штамп для холодной штамповки листового металла

 

Такое подразделение целесообразно потому, что характер деформирования, применяемые операции и конструкции штампов для объёмной и листовой штамповки значительно различаются между собой.

Объёмная штамповка. Основные разновидности холодной объёмной штамповки:

· холодное выдавливание (рис.40);

· холодная высадка;

· холодная объёмная формовка.

 

Рис. 40. Схемы выдавливания

а) – прямое выдавливание; б) – выдавливание металла в кольцевую щель между стержнем и отверстием матрицы; в) – обратное выдавливание; г) – обратное выдавливание металла в отверстие в пуансоне; д) – боковое выдавливание; д) – комбинированное выдавливание

 

При холодном выдавливании заготовку помещают в полость, из которой металл выдавливают в отверстия, имеющиеся в рабочем инструменте. Основной положительной особенностью выдавливания является возможность получения без разрушения заготовки весьма больших степеней деформации. Основные технологические мероприятия, направленные на снижение удельных усилий выдавливания, - применение различных смазывающих материалов или покрытий заготовок для уменьшения сил трения.

Холодная высадка (рис.41) выполняется на специальных холодновысадочных автоматах. Штампуют от прутка или проволоки. Штамповкой на холодновысадочных автоматах обеспечиваются достаточно высокая точность размеров и хорошее качество поверхности, вследствие чего некоторые детали не требуют последующей обработки резанием (винты, болты, шпильки). Высокая производительность: 20 – 400 деталей в минуту; только 5% металла идёт в отходы.

 

Рис. 41. Последовательность переходов изготовления деталей на холодновысадочных автоматах:

а – винта; б - колпачка

Холодная объёмная формовка в открытых штампах заключается в придании заготовке формы детали путём заполнения полости штампа металлом заготовки. Этим способом можно изготовлять пространственные детали сложных форм (сплошные и с отверстиями).

Листовая штамповка. В качестве заготовки при листовой штамповке используют полученный прокаткой лист, полосу или ленту, свёрнутую в рулон (толщина не более 10 мм). Листовой штамповкой изготовляют самые разнообразные плоские и пространственные детали массой от долей граммов и размерами, исчисляемыми долями миллиметра (например, секундная стрелка ручных часов), и детали массой в десятки килограммов и размерами, составляющими несколько метров. Этот метод штамповки широко применяют в различных отраслях промышленности – авто-, тракторо-, самолёто-, ракето- и приборостроение, электротехническая промышленность и др.

При листовой штамповке чаще всего используют низкоуглеродистую сталь, пластичные легированные стали, медь, латунь, содержащую более 60% Сu, алюминий и его сплавы, магниевые сплавы, титан и др.

Операции листовой штамповки: отрезка, вырубка и пробивка, гибка, вытяжка без утонения стенки, вытяжка с утонением стенки, отбортовка, обжим.

Разделительные операции. Схемы основных разделительных операций металлоконструкций приведены на рис. 42. С их помощью осуществляются отрезка рулонного и листового проката на ленты и полосы, вырубка плоских деталей различной формы, получение заготовок для последующей штамповки пространственных пустотелых деталей и др.

Рис.42. Схемы основных разделительных операций металлопродукции:

а – отрезка; б, в – разрезка с отходом и без отхода; г – вырубка; д – надрезка; е – проколка; ж – пробивка; з – обрезка; и – зачистка; к – высечка; л – просечка;

1 – упор; 2 – пуансон; 3 – прижим; 4 – исходный металлопродукт (лист); 5 – матрица; 6 – полученный металлопродукт; 7 – отходы; 8 – выталкиватель; 9 – подкладная плита;

s – толщина обрабатываемой металлопродукции; → – направленное действие рабочего усилия; → – движение рабочих частей установки.

 

В себестоимости продукции листовой штамповки затраты на материал составляет 50…70 %, поэтому наиболее эффективным способом снижения себестоимости является экономия материала за счёт снижения массы его отходов.

Различают шесть видов раскроя деталей (или заготовок), область применение которых определяется формой и размерами штампуемых деталей (рис. 43).

 

Рис.43. Основные виды раскроя

 

При штамповке деталей простой геометрической формы (прямоугольной, овальной и т.п.) применяют прямой раскрой; при штамповке деталей Г – образной или другой сходной формы – раскрой наклонный; детали Т – и Ш – образной формы целесообразно штамповать с применением встречного раскроя; комбинированный раскрой применяют при штамповке деталей разной формы, но одинаковой толщины из одного и того же материала (мелкие детали располагаются в промежутках между деталями больших размеров). При штамповке деталей небольших размеров в крупносерийном и массовом производстве применяют многорядный раскрой. При изготовлении мелких и весьма узких деталей (например, стрелок часов) из мерной полосы или ленты применяют раскрой с вырезкой перемычек. Это единственный вид раскроя, когда преднамеренно повышается отход металла в целях увеличения площади поперечного сечении пуансона для пробивки окон (повышается стойкость пуансона).

Формоизменяющие операции. Схемы основных формоизменяющих операций показаны на рис. 44.

Рис. 44. Схемы основных формоизменяющих операций:

а – гибка; б – завивка; в – калибровка; д – вытяжка; е – вытяжка с утанением; ж – комбинированная вытяжка; з – отбортовка; и – раздача; к – обжим; л – рельефная формовка; м – закатка; н – чеканка (для примера число 11); о – скручивание; 

→ - направление действия силы; → - направления прижима.

 

Гибка – операция, изменяющая кривизну заготовки практически без изменения её линейных размеров (рис. 45, а).

 

                                           а)                                   б)

Рис. 45. Схема гибки (а) и изделия, получаемые при её использовании (б):

1 – нейтральный слой; 2 – пуансон; 3 - матрица

В процессе гибки пластическая деформация сосредотачивается на узком участке, контактирующем с пуансоном, в то время как участки, образующие полки детали, деформируются упруго. В зоне пластических деформаций наружные слои растягиваются, а внутренние сжимаются. У середины заготовки (по толщине) находятся слои, деформация которых равна нулю. Из сказанного следует, что с достаточной степенью точности размеры заготовки для детали, получаемой гибкой, можно определить по условию равенства длин заготовки и детали по средней линии. Деформация растяжения наружного слоя и сжатия внутреннего увеличивается с уменьшением радиуса скругления рабочего торца пуансона. Деформация растяжения наружного слоя не беспредельна, и при определённой её величине может начаться разрушения заготовки с образованием трещин, идущих от наружной поверхности в толщу заготовки. Это обстоятельство ограничивает минимальные радиусы r_min, исключающие разрушение заготовки. В зависимости от пластичности материала заготовки r_min = (0,1…2) S.

При гибке в штампах можно одновременно изменять кривизну на нескольких участках по длине заготовки, оставляя другие участки прямолинейными, в некоторых случаях (получение втулок) пластические деформации при гибке могут охватывать всю заготовку.

На рис. 45, б показаны примеры деталей, полученных гибкой. Детали, изогнутые в нескольких плоскостях, обычно изготовляют последовательным деформированием заготовки в нескольких штампах. В этих случаях гибке может подвергаться пространственная заготовка, полученная на предыдущих переходах.

Вытяжка без утонения стенки превращает плоскую заготовку в полое пространственное изделие при уменьшении периметра вытягиваемой заготовки (рис.46).

 

Рис. 46. Схема первого перехода вытяжки (а), последующей вытяжки (б), вытяжки с утонением стенки (в):

1 – заготовка; 2 – изделие; 3 – прижим; 4 – пуансон; 5 – матрца; 6 – изделие со складками, образующимися при вытяжке без прижима

z – зазор, между поверхостями пуансона и матрицы; σ_ρ, σ_θ - напряжения растяжения и сжатия; r – радиус изгиба; s – толщина листа

 

Используя в определённой последовательности отдельные операции листовой штамповки, можно изготовлять разнообразные плоские и пространственные детали.

 

Штампы для листовой штамповки. В крупносерийном производстве (при изготовлении ольшого числа одинаковых деталей) применяют сравнительно сложные штампы, состоящие из значительного числа деталей и обеспечивающие хорошее качество изделия при высокой стойкости инструмента и достаточно высокую производительность. Существуют штампы для выполнения только одной операции и выполнения нескольких операций листовой штамповки за один ход пресса.

На рис. 47 приведена схема штампа последовательного действия, в котором операции выполняют в различных позициях по направлению подачи: в позиции I происходит пробивка, а после перемещения полосы на шаг подачи (позиция ΙI) – вырубка, в результате чего получают изделия в виде шайбы.

 

Рис. 47. Схема штампа последовательного действия для пробивки и вырубки

 

Пуансоны 2 и 3 закрепляют на верхней плите штампа, а матрицы 4 и 5 – на нижней. Точное направление пуансонов относительно матриц обеспечиваются направляющими втулками 7 и колонками 6, запрессованными в вехнюю и нижнею плиты штампа. Полосы или лента подаётся между направляющими линейками до упора 1, ограничивающего шаг подачи. Высечка снимается с пуансонов съёмником 8.

 

Рис.48. Штамп для листовой штамповки

 

Многооперационные штампы обычно дороже однооперационных, но позволяют повысить производительность труда и уменьшить число используемого для штамповки оборудования  (Рис.48).

Упрощённые способы обработки листового материала. В мелкосерийном производстве достаточно широко применяют упрощенные способы обработки давлением листовых заготовок: штамповку эластичными материалами, давильные работы, высокоскурастную штамповку и т. п.

 

При штампоке эластичными материалами только один рабочий элемент (пуансон или матреца) изготовляют из металла, роль другого инструмента (матрица или пуансон) выполняют резина, пластмассы (полиуретан) и жидкость.

 

Металлическим инструментом является шаблон, на который укладывают. Резиновая подушка в ползуне пресса прижимают заготовку к шаблону. Если шаблон имеет острые режущие кромки, то давлением резины вначале отгибают свобоные края заготовки, а затем её обрывают по режущей кромке. Так выполняют вырубку и пробивку. Подобным способом можно осуществлять гибку, неглубокую вытяжку, отбортовку и формовку. Обычно штампуют заготовки толщиной не более 3 мм.

Давильные работы предназначены для получения деталей, имеющих форму тел вращения. Схема давильных работ без утонения показана на рис.49, а. Предварительно вырубленную заготовку продольным суппортом прижимают к торцу формы-пуансона. Постепенное деформирование заготовки по всей поверхности позволяет придать заготовке форму пуансона. 

Рис. 49. Схема давильных работ:

а – без утонения; б – с утонением;

1 – форма; 2 – заготовка; 3 – упор; 4 – давильник

 

Давильные работы с утонением (рис. 49, б) изменяют форму заготовки главным образом за счёт уменьшения её толщины без изменения диаметральных размеров. Давильник, перемещаясь параллельно оси заготовки, утоняет её.