Файл: Технология металлов и других конструкционных материалов учеб. пособие.pdf

у шаблона острые. На стол пресса устанавливается подштамповая плита с одним, а чаще с несколькими шаблонами. Поверх шаблона (или шаблонов) укладывается лист штампуемого металла.

При давлении резины край заготовки отгибается вниз и при­ жимается к подштамповой плите. При дальнейшем сжатии резина давит на отогнутый материал, натягивает его и при определенном усилии обрезает (обрывает) по контуру шаблона. Резина может применяться также для пробивки сравнительно крупных отверстий в тонком материале.

Для деталей из слоистых плас­ тиков (текстолит, стеклотекстолит, гетинакс), слюды и миканитов (ком­ позиция слюды и синтетической смо­ лы), органического стекла и других материалов применяются вырубные штампы той же конструкции, что и для металла. Разница заключается только в том, что указанные матери­ алы (за исключением слюды) тол­ щиной свыше 2—3 мм перед штам­ повкой подогреваются во избежание выкрашивания.

Неметаллические материалы — кожа, бумага, картон и другие — штампуются на упрощенных просеч­ ных штампах. Просечный штамп для вырубки шайбы (рис. 142, в) произ­ водит одновременно две операции: вырубку наружного контура кольце­ вым ножом 1 и пробивку внутренне­

го отверстия пуансоном 2. Вырубленное изделие удаляется вытал­ кивателями 3 и 4. Штамповка производится на подкладке из неме­ таллического материала.

Гибка. Этот процесс производится в штампах на прессах, а так­ же на специальных гибочных машинах, профилировочных станках, механизированных и ручных приспособлениях.

В процессе гибки внешние волокна изгибаемого материала растягиваются и удлиняются, внутренние сжимаются. При изгибе по радиусу, меньшему некоторой величины, называемой минималь­ ным’ радиусом гибки, в- заготовке могут появиться поперечные тре­ щины, ведущие к разрушению материала. Величина минимального радиуса гибки зависит от свойства и состояния исходного материа­ ла, направления изгиба относительно направления прокатки (вдоль или поперек волокон) и состояния кромок заготовки. Она приво­ дится в справочниках по холодной штамповке.

При гибке труб и профильных заготовок материал может не разрушаться при малом радиусе изгиба. Деталь получается негод­ ной из-за потери правильной формы (сплющивание сечения у труб) и образования складок на поверхности. Для предотвращения этих

245

дефектов производят гибку труб с наполнителями (набивают их прокаленным песком, заливают канифолью, гнут на оправках).

Длина заготовки, необходимая для получения изогнутой части детали, определяется по нейтральной линии, которая располагается между наружными и внутренними сжатыми волокнами изгибаемо­ го материала. Нейтральная линия при изгибе не проходит посреди­ не сечения, а смещается к внутренней стороне угла. Смещение тем

больше, чем меньше отношение радиуса изгиба R к толщине а (рис. 143).

Ввиду наличия упругих деформаций изделие после гибки ме­ няет свою форму. Это явление носит на­ звание пружинения. Для оценки величи­ ны пружинения при изгибе по относитель­ но малым радиусам (R/a< 10) введено понятие угла пружинения ап, который представляет собой разность между углом детали после штамповки и углом инстру­ мента. При гибке по большим радиусам (Rja^> 10) учитывается изменение не

только угла, но и радиуса закругления (радиуса кривизны). Радиус детали после гибки всегда больше радиуса инструмента.

Чтобы избежать затруднений при дальнейшей обработке и сборке изогнутых деталей, необходимо обязательно учитывать пружинение. Это делается путем изменения угла инструмента (пуансо-. на и матрицы) на величину угла пружинения и уменьшения радиуса его кривизны.

Вытяжка. Глубокая вытяжка листового материала — процесс, применяемый для производства полых изделий различной формы и размеров из плоской заготовки при помощи штампов. При значи­ тельной глубине изделия может понадобиться не одна, а две или более операции. В этом случае на последующие операции поступает уже не плоская заготовка, а полая.

Рис. 144. Вытяжка

Рассмотрим вытяжку цилиндрического колпачка без прижима (рис. 144, а) и с прижимом (рис. 144,6). В первом случае круглая плоская заготовка 1 укладывается на матрицу 2 и затем протяги­ вается сквозь нее пуансоном 3. В результате получается колпачок, диаметр которого равен диаметру отверстия в матрице, а высота

246

зависит от диаметра заготовки. Если материал тонкий, а заготовка значительно больше отверстия в матрице, на фланце заготовки образуются складки-гофры, изделие получается негодным. Чтобы предупредить образование складок, применяют прижим 4,- который прижимает заготовку и не дает ей возможности приподняться над матрицей и образовать складки.

Вытяжка без прижима применяется для получения неглубоких

Для второй и последующих операций этот коэффициент представ­ ляет отношение последующего диаметра полуфабриката к пре­ дыдущему: mi = di/d; m2 = d2Jdl и т. д.

Чем меньше коэффициент вытяжки, тем большее изменение формы претерпевает заготовка. Вследствие наклепа при вытяжке пластичность металла понижается, поэтому с каждой операцией коэффициент вытяжки увеличивается (ухудшается). Для восста­ новления пластических свойств металла вводится промежуточный отжиг полуфабриката.

Коэффициент вытяжки зависит от свойств материала, размеров изделия, смазки, геометрии штампа и т. д. Величина его для раз­ личных материалов устанавливается практикой и приводится в справочниках.

Усилие вытяжки Р определяется по сложным теоретическим или более простым эмпирическим формулам. Наиболее просто, хотя всегда с запасом, можно определить усилие из выражения

Р = La а в,

где L — длина периметра вытягиваемого изделия в плане; а — толщина материала; ств — предел прочности.

Вытяжка с утонением (протяжка) применяется для получения изделий, у которых стенки тоньше дна. Заготовка, представляющая собой кружок или предварительно вытянутый колпачок, заклады-, вается в матрицу и протягивается сквозь нее пуансоном. Основным отличием этого процесса от ранее рассмотренного является то, что зазор мёжду матрицей и пуансоном значительно меньше толщины материала. Поэтому и происходит утонение стенок.

При определении формы и размеров заготовок при вытяжке считается, что поверхности заготовки и готового изделия равны между собой. При вытяжке с утонением исходят из равенства объемов заготовки и готового изделия.

При изготовлении небольшими партиями деталей сложной формы, а также при штамповке некоторых сплавов находят при­ менение такие способы, как вытяжка эластичной матрицей или эла­ стичным пуансоном, вытяжка с подогревом фланца. Применение

247

зти^ способов позволяет либо резко снизить затраты на инстру­ мент, либо повысить интенсивность процесса.

Для вытяжки при помощи эластичной матрицы в качестве последней служит резина или жидкость, давящая на заготовку через резиновую диафрагму. Штамповка выполняется в следующем порядке (рис. 144, в). Листовая заготовка, лежащая на складко­ держателе 3, вдавливается жестким пуансоном 4 в резиновую по­ душку 2, играющую роль матрицы. Резина заключена в обойму 1. При этом заготовка испытывает по всей поверхности равномерное давление резины и обтягивает пуансон, принимая его форму. При

малая высота получаемых изделий и низкая стойкость резины.

Вытяжка с подогревом фланца заключается в том, что путем нагрева уменьшают сопротивление деформированию фланца заго­ товки, сохраняя неизменной прочность дна. Это позволяет втяги-‘ вать в матрицу больший объем металла, т. е. улучшать коэффи­ циент вытяжки. Вытяжка с подогревом применяется в настоящее время для алюминиевых и магниевых сплавов, требующих сравни­ тельно невысокой температуры нагрева. Этот способ незаменим при вытяжке магниевых сплавов, так как без нагрева они не под­ даются штамповке. Нагрев производится электрическими нагрева­ телями, вмонтированными в матрицу.

Холодное выдавливание. В процессе холодного выдавливания металл под действием высокого давления переходит в пластичное состояние и течет в зазор между матрицей и пуансоном. Изделия, полученные по этому способу, отличаются высокой точностью, хорошим качеством поверхности и высокими механическими свой­ ствами. Для холодного выдавливания пригодны материалы, обла­ дающие высокой пластичностью, возможно меньшим пределом прочности и небольшой способностью к упрочнению. Этим требо­ ваниям в максимальной степени удовлетворяют такие металлы, как олово, свинец, цинк, алюминий и мягкая сталь.

Существует два основных способа выдавливания: прямой, при

пуансона (рис. 145,6). Применяется также комбинированное вы­ давливание (рис. 145, в), при котором металл течет одновременно в направлении движения пуансона и навстречу ему.

Прямой способ применяется для получения изделий типа стержней и трубок с различной формой поперечного сечения, обрат­

в дне детали.

Заготовки для выдавливания из цветных металлов получаются вырубкой в штампах из толстого листа с последующей зачисткой либо отрезкой от прутка. К качеству боковой поверхности заготовок предъявляются повышенные требования, так как все ее дефекты переходят на готовое изделие.

248

После вырубки или отрезки заготовки подвергаются отжигу, травлению, промывке и сушке, затем покрываются смазкой и по­ ступают на выдавливание. В качестве смазки для всех цветных металлов применяются животные жиры, растворенные в бензине. Помимо этого, для алюминия рекомендуется тальк, смешанный с цилиндровым маслом, глицерином и органическим растворителем, и смазки на основе воска, для меди и латуни — пластинчатый графит с машинным маслом.

Рис. 145. Холодное выдавливание

Для снятия наклепа и получения наибольшей пластичности стальные заготовки подвергают отжигу. Окалина с их поверхности удаляется путем обкатки в галтовочных барабанах. Затем заготов­ ки подвергаются кратковременному травлению в растворе серной кислоты с целью удаления остатков окалины и создания мелкоше­ роховатой поверхности. Подготовленные таким образом заготовки после промывки фосфатируются в ваннах, содержащих раствор окиси цинка, азотной и фосфорной кислот. При этом на поверхно­ сти детали получается прочный пористый слой, хорошо удерживаю­ щий смазку. В качестве смазки применяется мыльная эмульсия, которой пропитывается заготовка. После выдавливания смазка и фосфатный слой легко удаляются промывкой в содовом растворе.

Беспрессовые операции листовой штамповки. Для изготовления крупных штампованных деталей из толстолистового металла повы­ шенной прочности применяют новый метод штамповки — с по­ мощью энергии взрыва. При этом можно получить практически любые давления при наименьших затратах на оборудование и штампы. Стремление снизить расход на штампы, увеличить точ­ ность и надежность деталей и их соединений вызвало появление штамповки с использованием электрогидравлического эффекта и штамповки при помощи мощного магнитного поля.

При штамповке взрывом в качестве источника энергии исполь­ зуется взрыв порохов, газовых смесей и бризантных (дробящих)

249

взрывчатых веществ. Из них наиболее перспективными при штам­ повке крупногабаритных деталей являются бризантные вещества, - так как порох требует сравнительно сложных штампов, а газовые смеси развивают недостаточное давление.

Бризантные взрывчатые вещества (тротил, аммониты и др.) характеризуются большим количеством энергии, содержащейся в малом объеме, и огромной скоростью ее выделения во время взры­ ва. При этом развивается громадная мощность, а давление на фронте ударной волны может превышать 200 000 кГ/см2. Это позво-

Рис. 146. Импульсная щтамповка

ляет деформировать самые прочные материалы весьма больших толщин и практически неограниченных габаритов.

В зависимости от формы и размеров заготовки, а также харак­ тера операции штамповка может производиться одним или не­ сколькими сосредоточенными зарядами: линейным (шнуровым) зарядом, уложенным по заданному контуру, или плоским (листо­ вым) зарядом, уложенным поверх заготовки. Для повышения дав­ ления волны и к. п. д. взрыва штамповку производят в водной среде. При этом также обеспечивается безопасность работы.

Наиболее распространенная схема штамповки бризантными веществами показана на рис. 146, а. Штамп, состоящий из матри­ цы 2 и прижима 1 с зажатой между ними заготовкой 3, опускается на дно бассейна. Над заготовкой подвешен заряд 4 со вставленным в него электродетонатором. Полость матрицы соединена шлангом с атмосферой, если заготовка сравнительно толстая, или с вакуум­ ным насосом при тонкой заготовке. Наличие воздушной подушки под заготовкой препятствует ее штамповке. Чтобы вода не попада­ ла в матрицу, на ней делается уплотнение. При взрыве заряда дав­ ление образовавшихся газов передается через воду заготовке и деформирует ее.

Штамповка производится в металлических или железобетон­ ных бассейнах или в открытых водоемах при наличии подъемных

250

средств для опускания и поднятия штампа. Ввиду повышенной опасности все работы по штамповке взрывом должны выполняться специально подготовленными работниками.

Штамповка с использованием злектрогидравлического эффек­ та заключается в следующем. Если между электродами, помещен­ ными в воду, пропустить мощный электрический импульс, то прои­ зойдет электрический разряд, вызывающий высокое давление в окружающей жидкости. Это давление и используется для выпол­ нения различных операций листовой штамповки.

Установка для такой штамповки (рис. 146, б) состоит из заряд­ ного устройства 1, заряжающего батарею импульсных конденсато­ ров 2, искровых промежутков 3, позволяющих накопить в конден­ саторах дозированное количество энергии и мгновенно подать ее на рабочий разрядник 4, помещенный в жидкость.

Процесс штамповки с помощью злектрогидравлического эф­ фекта характеризуется легкой управляемостью, простотой, невысо­ кой стоимостью штампов и легко автоматизируется. Операции могут выполняться за один импульс в случае штамповки небольших деталей или за несколько импульсов при формовке крупногабарит­ ных деталей и при глубокой вытяжке.

Магнитно-импульсная штамповка основана на взаимодействии мощного магнитного поля, создаваемого индуктором вокруг заго­ товки, с полем, создаваемым вихревыми токами, индуктируемыми в заготовке.

Установка (рис. 146,в) работает Следующим образом. Про­ мышленный ток поступает в зарядное устройство 1, состоящее из повышающего трансформатора и выпрямителя, а оттуда — в бата­ рею импульсных конденсаторов 2. После того как батарея накопит необходимое количество энергии, по команде включается разряд­ ник 3 (4), и ток большой силы (до 150 тыс. а) мгновенно подается в индуктор 5, представляющий собой ^едную трубку, свернутую в спираль и залитую в пластмассовый корпус. При этом создается кратковременное, но весьма мощное магнитное поле, которое индуктирует в заготовке 6 вихревые токи. Магнитное поле, созда­ ваемое этими токами, взаимодействует с одноименным полем индук­ тора, и между ними возникают силы отталкивания. Если внутрь трубчатой заготовки поместить матрицу, то заготовка обожмется по ней и примет ее форму.

При помощи этого метода можно выполнять обжим и раздачу трубчатых заготовок, формовку и пробивку плоских заготовок, получение разъемных и неразъемных соединений металлических деталей между собой или металлических с неметаллическими. До­ стоинство метода — высокая точность и качество получаемых изделий и соединений, недостаток — сравнительно небольшое дав­ ление (не более 20 кГ/мм2), ограничиваемое прочностью индуктора и возможностью штамповки только материалов, обладающих не­ большим электросопротивлением.

Штампы для листовой штамповки. Штампы различаются по ро­ ду выполняемых операций, по способу направления рабочих частей

251