3187

3.10.2.Формоизменяющие операции листовой штамповки

Формоизменяющими операциями называют такие, при помощи которых из плоской заготовки получают детали пространственной формы.

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

Гибка — операция, в результате которой изменяется направление оси заготовки (рис. 3.24, а). Деформация заготовки при гибке происходит в зоне изгиба. Сечение заготовки в зоне деформации при гибке искажается (рис. 3.24, б). Это особенно заметно при гибке узких образцов.

Рис. 3.24. Схема процесса гибки а и искажение сечения заготовки б: 1 — нейтральный слой; 2 — пуансон; 3 — матрица

При проектировании технологического процесса гибки основными параметрами являются: внутренний радиус гибки, положение нейтрального слоя, пружинение, усилие гибки, а также расположение плоскости гибки относительно направления волокон материала.

Минимальное значение внутреннего радиуса гибки r зависит от пластичности материала и устанавливается обычно

141

опытным путем по предельно-допустимым деформациям волокон растянутого слоя при условии отсутствия трещин.

Вместах изгиба внешние слои заготовки растягиваются,

авнутренние сжимаются. Между ними находится нейтральный слой, длина которого равна длине исходной плоской заготовки. В месте изгиба он не проходит по средней линии заготовки, а смещается в сторону меньшего радиуса гибки. Чем меньше отношение внутреннего радиуса гибки r к толщине заготовки s, тем больше смещение нейтрального слоя от сред-

ней линии заготовки. При r 5 смещением обычно пренебре- s

гают и считают, что нейтральный слой совпадает со средней линией.

Пластическая деформация при гибке сопровождается упругой деформацией, поэтому форма детали после гибки не соответствует форме штампа. Это несоответствие называют пружинением и его следует учитывать при проектировании штампов. Пружинение зависит от механических свойств и толщины материала, радиуса гибки, формы детали, типа штампа и других факторов. Величина пружинения оценивается углом пружинения, который представляет собой разность между углом детали после гибки и углом гибочного пуансона.

Вытяжкой (рис. 3.25) называют операцию, при которой плоская заготовка превращается в полое изделие или полуфабрикат. По характеру формоизменения вытяжка может быть без утонения и с утонением стенок.

Вытяжка без утонения происходит без заметного изменения толщины стенок [зазор z = (l,l…l,3)s]. В результате сложного напряженного состояния при вытяжке создается некоторая неравномерность толщины стенки: у дна она меньше, а у открытого конца больше толщины плоской заготовки.

Таким образом, опасным является сечение стенки, прилегающее ко дну выше места сопряжения, где металл вследствие незначительной степени деформации почти не упрочнен, а величина утонения достигает 10…25%. При вытяжке без утонения стенки цилиндрического стакана (рис. 3.25) из плоской

142

заготовки пуансон втягивает заготовку в зазор между пуансоном и матрицей, а наружный диаметр заготовки непрерывно уменьшается.

Рис. 3.25. Схема вытяжки цилиндрического стакана: 1 — пуансон, 2 — заготовка; 3 — вытяжная матрица,

4 — деталь

При глубокой вытяжке тонколистового материала часто возникают гофры (складки), нарушающие нормальный ход процесса. Для предотвращения складкообразования часть заготовки, находящаяся за контуром вытяжного пуансона, должна быть прижата.

Для получения полых деталей, у которых толщина стенки меньше толщины дна, применяют вытяжку с утонением стенки. В этом случае зазор между пуансоном и матрицей должен быть меньше толщины заготовки. Увеличение высоты изделия происходит в основном за счет уменьшения толщины стенки без значительного изменения диаметров полой заготовки. Вытяжку с утонением ведут из полой заготовки, полученной вытяжкой без утонения или, начиная с первой операции, из плоской заготовки получают полуфабрикат с меньшей толщиной стенки.

Вследствие упрочнения металла при вытяжке пластичность его понижается, следовательно, степень деформации при последующих операциях вытяжки должна приниматься меньшей. Для восстановления пластических свойств между

143

операциями вытяжки применяют промежуточные отжиги полуфабрикатов.

Отбортовкой называют образование бортов по замкнутому наружному контуру листовой заготовки или вокруг заранее пробитых (технологических) отверстий. Схема отбортовки отверстия приведена на рис. 3.26.

Рис. 3.26. Схема отбортовки отверстия:

а— начало процесса, б —конец процесса, в — готовая деталь, 1 – пуансон, 2 — полуфабрикат, 3 - матрица

Отбортовку применяют в основном для образования горловин у плоских деталей, необходимых для нарезания резьбы, сварки или сборки, а также вместо вытяжки с последующей обрезкой дна. При отбортовке отверстий уменьшается толщина материала, особенно у края горловины.

Обжимом называют операцию уменьшения диаметра трубной или вытянутой полой заготовки. Получаемая при обжиме конфигурация зависит от формы штампа. Диаметр заготовки может быть уменьшен не более чем на 20…30%. При большем уменьшении образуются складки. Размеры заготовки для обжима рассчитывают, исходя из равенства поверхностей заготовки и детали.

144

Формовкой называют операцию, при которой изменяется форма заготовки в результате растяжения отдельных ее участков при сохранении конфигурации наружного контура детали. Формовка происходит за счет местного утонения материала. Примером применения формовки может служить изготовление ребер жесткости, местных выступов и т.п.

3.10.3. Штампы для холодной листовой штамповки

Штампы состоят из блоков деталей и рабочих частей (матриц и пуансонов). Матрицы и пуансоны непосредственно деформируют заготовку. Детали блока (верхняя и нижняя плиты, направляющие колонки, втулки, хвостовики) служат для опоры, направления и крепления деталей штампа в столе и ползуне пресса.

Штампы классифицируют по технологическим, конструктивным и эксплуатационным признакам.

Основой технологического признака разделения штампов является число операций, производимых за один ход ползуна пресса и число заготовок, деформируемых за один ход. Если число операций равно единице и заготовка одна, то такой штамп называют штампом простого действия (рис. 3.27).

Если число операций и число заготовок больше единицы, то такой штамп называют штампом последовательного действия. Смена операций в таком штампе происходит по ходу подачи полосы.

Если число операций больше единицы и заготовка одна, то такой штамп называют штампом совмещенного действия. В этом штампе смена операций происходит по ходу движений ползуна пресса. Иногда применяют штампы последовательносовмещенного типа.

По эксплуатационному признаку штампы разделяют по способам подачи материала в штамп и удаления полуфабрикатов и отходов (ручное или автоматическое).

Основой классификации по конструктивным признакам является наличие или отсутствие в штампе направляющих

145

устройств, а также возможность смены пуансонов и матриц. Штамп, конструкция которого позволяет переналаживать его для изготовления других деталей, называют универсальным, а без такой возможности — специальным.

Рис. 3.27. Схема штампа простого действия для вырубки: 1 — пуансон; 2 — хвостовик;

3 — верхняя плита; 4 — пуансонодержатель;

5 — втулка; 6 — направляющая колонка;

7 — нижняя плита; 8 — матрицедержатель;

9 — матрица; 10 — направляющие планки;

11 — упор

Для деталей штампов применяют различные материалы в зависимости от назначения штампуемой детали, ее габаритов и величины серии. Опорные детали-плиты изготовляют из чугуна и стали; хвостовики — из стали 45, 50 и др.; направляющие колонки и втулки — из стали 20; пуансоны в зависимости от назначения — из сталей У10А, Х12Ф1, ШХ15; матрицы — из сталей У8А, У10А, ШХ15, Х12Ф1.

Пуансоны и матрицы подвергают обычно термической обработке на твердость HRCэ56…62. В мелкосерийном производстве для вытяжки крупногабаритных деталей пуансоны и матрицы штампов изготовляют из свинцово-цинковых или алюминиево-цинковых сплавов, а также из пластмасс и дерева.

146

Точность деталей, получаемых холодной листовой штамповкой, зависит от свойств металла, условий деформирования (характера и числа операций, степени деформации) . Эти факторы влияют на величину упругих деформаций, вызывающих изменения размеров и формы детали. Влияние числа операций на точность деталей определяется величиной погрешности, накопленной от операции к операции.

На точность изготовления детали влияют также ее форма и геометрические размеры (чем больше размеры и сложнее форма, тем больше абсолютная величина погрешности штамповки), состояние оборудования и инструмента.

3.10.4. Оборудование для холодной листовой штамповки

Холодную листовую штамповку осуществляют на прессах. Прессы разделяют по назначению на универсальные и специальные. На универсальных прессах выполняют различные штамповочные операции. Специальные прессы приспособлены для выполнения каких-либо отдельных операций (например, для глубокой вытяжки, гибки и т. д.). Широко также применяют прессы-автоматы.

По способу передачи движения рабочему органу (ползуну) прессы разделяют на механические, гидравлические, электромагнитные и пневматические. Наибольшее применение получили механические и гидравлические прессы. Механические прессы выполняют с кривошипно-шатунным или с фрикционно-винтовым приводом.

По технологическому признаку механические и гидравлические прессы разделяются на одно-, двух-, трехползунные (соответственно простого, двойного и тройного действия). Одноползунные прессы обычно универсальны. Двух- и трехползунные применяют для глубокой вытяжки.

Параметрами пресса, необходимыми для проектирования технологического процесса, являются номинальное усилие, величина хода ползуна, число ходов в минуту, открытая и

147

закрытая высота (соответственно расстояние от стола пресса до нижней точки ползуна при нижнем и верхнем положении кривошипного вала), размеры стола и способ подачи заготовки.

Автоматизация подачи заготовок на прессах позволяет резко увеличить производительность труда и разрешить проблему безопасности работы. По характеру применяемой заготовки автоматические подачи разделяют на подачи для полосового и ленточного материала и подачи штучных заготовок.

Автоматизация подачи штучных заготовок является более сложной и дорогой, чем автоматизация подачи полосы или ленты. Конструкции механизмов автоматических подач штучных заготовок весьма разнообразны и зависят от формы и размеров полуфабрикатов и характера производства. В состав автоматической подачи входят различные загрузочные и подающие устройства, где полуфабрикат сортируется, ориентируется и подается в устройство, которое перемещает его на линию действия штампа.

Для механизации удаления деталей из штампа наиболее часто применяют воздушные и маятниковые сбрасыватели, механические руки и другие приспособления.

4. СВАРКА И ПАЙКА МЕТАЛЛОВ

4.1. Физические основы образования сварного соединения

Сварка — технологический процесс получения неразъемных соединений материалов посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместным действием того и другого. Сваркой соединяют однородные и разнородные металлы и их сплавы, металлы с некоторыми неметаллическими материалами (керамикой, графитом, стеклом и др.), а также пластмассы.

148

Физическая сущность процесса сварки заключается в образовании прочных связей между атомами или молекулами на соединяемых поверхностях заготовок. Для образования соединений необходимо выполнение следующих условий: освобождение свариваемых поверхностей от загрязнений, оксидов

иадсорбированных на них инородных атомов; энергетическая активация поверхностных атомов, облегчающая их взаимодействие друг с другом; сближение свариваемых поверхностей на расстояния, сопоставимые с межатомным расстоянием в свариваемых заготовках.

Указанные условия реализуются различными способами сварки путем энергетического воздействия на материал в зоне сварки. Энергия вводится в виде теплоты, упругопластической деформации, электронного, ионного, электромагнитного

идругих видов воздействия. В результате поверхностные атомы металлов и кристаллических неметаллических материалов образуют общие для соединяемых заготовок кристаллические решетки, а на поверхности пластмасс происходит объединение частей молекулярных цепей.

4.2.Классификация видов сварки

Взависимости от характера вводимой энергии все сварочные процессы (сварку, пайку, резку) можно отнести к термическим (Т), термомеханическим (ТМ) и механическим (М) методам.

При термических методах сварки с помощью внешнего источника нагрева кромки расплавляются, образуя так называемую сварочную ванну. Расплавление металла способствует его объединению в единое целое.

После прекращения поступления теплоты к сварочной ванне (удаление источника теплоты или его отключение) происходит быстрое охлаждение и последующая кристаллизация расплавленного металла при максимальном теплоотводе в стенки ванны. Процесс кристаллизации заканчивается образо-

149

ванием монолитного шва, который связывает свариваемые детали в единое целое. Аналогично при пайке вследствие кристаллизации припоя, заполняющего зазор между деталями и смачивающего нагретые поверхности, образуется паяное соединение.

При механических методах сварки необходимо приложить давление, под влиянием которого в месте сварки возникают значительные упругопластические деформации, вызывающие разрушение оксидной пленки, смятие микронеровностей, обеспечение физического контакта и образование между атомами прочных связей, соответствующих связям при расстоянии между ними, равном параметру кристаллической решетки.

При термомеханических методах сварки металл в месте соединения деталей нагревается от внешних источников теплоты до температуры плавления или пластического состояния. Нагревание позволяет снизить удельное давление, уменьшить величину минимальной относительной деформации, необходимой для сварки.

В соответствии с термодинамическим определением процессов сварки основными признаками для их классификации должны служить: форма вводимой энергии, наличие давления и вид инструмента — носителя энергии, на основании чего классифицируются виды сварки (табл. 13.1).

Кроме того, сварку классифицируют и по другим признакам:

а) способу защиты металла в зоне сварки (сварка на воздухе, в вакууме, в защитном газе, под флюсом и т. п.);

б) непрерывности сварки (непрерывные и прерывистые, т. е. импульсные процессы);

в) степени механизации (ручная, механизированная, автоматическая);

г) технологическим (вид электрода или дуги, род сварочного тока, полярность, тип и количество электрических дуг и т. п.).

150