Штамповка выдавливанием

Сущность метода заключается в том, что металл под действием высокого давления переходит в пластичное состояние и течет в зазор между матрицей и пуансоном.

Процесс холодного выдавливания характеризуется большими степенями деформации и, следовательно, большой производительностью. Изделия, полученные по этому способу, отличаются высокой точностью, хорошим качеством поверхности и высокими механическими свойствами. Поэтому в промышленности стремятся заменить обработку резанием и некоторые операции холодной штамповки – выдавливанием.

Основные требования, которые предъявляются к металлам, подвергающимся выдавливанию, – это высокая пластичность, небольшая способность к упрочнению и невысокие давления, необходимые для деформирования. Этим требованиям в максимальной степени удовлетворяют цветные металлы, так как выдавливание происходит при низких давлениях даже при очень высоких степенях деформации.

Существует три способа холодного выдавливания: прямой, обратный и комбинированный (рисунок 11).

При прямом способе металл течет в направлении движения пуансона (рисунок 11 а). Этот способ применяется для изготовления массивных профилей и деталей типа трубок с различной формой поперечного сечения.

При обратном способе выдавливания металл течет в зазор между матрицей и пуансоном навстречу движению пуансона (рисунок 11 б). Величина зазора равна толщине стенки изделия. По этому методу изготавливают полые изделия круглой, прямоугольной, овальной и других сложных форм при одинаковой и различной толщине дна и стенок, с различными уступами, ребрами или без них.

При комбинированном способе металл течет как в направлении движения пуансона, так и против движения (рисунок 11 в). Комбинированный способ применяют для получения изделий сложной формы, с различными уступами и отростками.

Рисунок 11 – Способы холодного выдавливания:

а) прямой; б) обратный; в) комбинированный

Степень деформации при выдавливании оценивается относительным изменением площади сечения (обжатием), выражаемым в процентах:

,

где F ₀ – площадь сечения до выдавливания, мм²;

F ₁ – площадь сечения после выдавливания, мм².

4.2.6 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.

Основные преимущества листовой штамповки: возможность изготовления прочных, жестких, тонкостенных деталей простой и сложной формы; высокая производительность, экономный расход металла и простота процесса.

На рисунке 12 показаны некоторые детали, полученные: а – вырубкой и пробивкой; б – отбортовкой; в – гибкой; г – вытяжкой и формовкой.

Рисунок 12 – Листовые штампованные детали

Все операции листовой штамповки можно классифицировать на разделительные и формоизменяющие. Применяются также сборочные операции.

При холодной штамповке листового металла в разделительных операциях разрушение происходит при меньшем внедрении режущих кромок инструмента в заготовку, чем при горячей штамповке листового металла, а сопротивление срезу составляет примерно 0,8 предела прочности.

В формоизменяющих операциях холодная штамповка листового металла на допустимую степень деформации существенное влияние оказывает упрочнение. Увеличение допустимой степени деформации в операциях холодной штамповки достигается созданием оптимальных условий деформирования (схема силового воздействия, конструкция штампа, рациональная конфигурация рабочего инструмента, скорость деформирования, смазка и т.п.). При листовой холодной штамповке заготовка получает разные деформации в различных участках и соответственно различное упрочнение. Сочетание рационального распределения деформаций, зависящего от размеров и формы заготовки, а также типа применяемых операций и условий их осуществления, с термическими операциями (как для всей заготовки, так и для отдельных её частей) позволяет получать наилучшие эксплуатационные свойства деталей (жёсткость, прочность, износостойкость и т.п.) при наименьшей массе деталей (облегчённые конструкции).

К основным разделительным операциям относятся:

Резка – последовательное отделение части металла по прямой или кривой линии (рисунок 13 а);

Вырубка – единовременное отделение материала от заготовки по замкнутому контуру, причем замкнутая часть является изделием;

Пробивка – получение отверстий отделением материала по замкнутому контуру внутри детали (рисунок 13 б,в).

Усилие вырубки и пробивки при параллельных плоских рабочих торцах пуансона и матрицы подсчитывают по формуле

P = L × S × σ_в,

где L – периметр изделия или отверстия, мм;

S – толщина листа, мм;

σ_в – временное сопротивление разрыву разрезаемого металла, МПа.

Рисунок 13 – Разделительные операции листовой штамповки:

а – резка; б, в – пробивка;

1 – верхний нож; 2 – нижний нож; 3 – разрезаемый лист; 4 – упор;

5 – пуансон; 6 – матрица; 7 – изделие или полуфабрикат.

К основным формоизменяющим операциям относятся правка, гибка, вытяжка, протяжка, отбортовка, формовка (рисунок 14).

Правка применяется для устранения неровностей и искривлений плоских деталей после вырубки, пробивки, а так же для исправления отдельных элементов формы деталей после гибки или других формоизменяющих операций.

Гибка бывает одноугловая (V – образная) и двухугловая (U – образная) (рисунок 14 б, в).

Усилие одноугловой гибки приближённо можно определить по формуле:

,

где В – ширина заготовки, мм;

r = (0,1…2)×S – минимальный радиус, зависимый от пластичности материала, мм;

S – толщина листа, мм;

σ_в – временное сопротивление разрыву разрезаемого металла, МПа.

Рисунок 14 – Формоизменяющие операции листовой штамповки:

1 – пуансон; 2 – матрица; 3 – изделия или полуфабрикаты;

4 – противопуансон.

Вытяжка – операция, превращающая плоскую заготовку в полую деталь или полуфабрикат (рисунок 14 г).

Протяжка – вытяжка с утонением. Эта операция применяется для изготовления полых тонкостенных деталей (рисунок 14 д).

Отбортовка и разбортовка – операции, соответственно, для образования борта по наружному контуру заготовки или по контуру ранее выполненного отверстия (рисунок 14 е).

Формовка – изменение формы заготовки или полуфабриката посредством местных деформаций, например, увеличение диаметра средней части полой детали (рисунок 14 ж).

Приложение А

ТЕРМИНЫ И ОБОЗНАЧЕНИЯ

1.1 Поковка стальная штампованная (в дальнейшем – поковка) – изделие, изготовленное горячей объемной штамповкой в соответствии с техническими требованиямиГОСТ 8479 - 57.

1.2 Форма поковки – пространственная фигура, определенная номинальными линейными и угловыми размерами.

1.3 Масса поковки – весовой параметр поковки, определяемый, исходя из ее формы и плотности стали.

1.4 Номинальный линейный размер поковки – геометрически параметр, измеряемый в единицах длины и определяемый исходя из номинального линейного размера детали, установленного припуска (рисунок А.1) и кузнечного напуска.

Рисунок А.1:

1 – деталь; 2 – размер детали; 3 – номинальный размер поковки;

4 – наименьший предел поковки; 5 – наибольший предел поковки;

6 – величина припуска; 7 – допуск (поле допуска);

8 – положительная величина допускаемого отклонения;

9 – отрицательная величина допускаемого отклонения.

1.5 Номинальный угловой размер поковки – геометрический параметр, измеряемый в угловых единицах и определяемый исходя из номинального углового размера детали.

1.6 Действительный размер поковки – фактический размер, полученный измерением с допустимой погрешностью.

1.7 Предельные размеры поковки – два предельно допускаемых размера, между которыми должен находиться или быть одним из них действительный или номинальный размер.

1.8 Допускаемое отклонение размера поковки - алгебраическая величина между предельным и соответствующим номинальным размерами.

1.9 Допуск (поле допуска) размера поковки – абсолютная величина разности между наибольшим и наименьшим предельными размерами.

1.10 Геометрические параметры поковки (рисунки А.3, А.4, А.5).

1.10.1 Длина (L, l), ширина (B, b), диаметр (D,d), высота (H, h) – размеры элементов поковки, получаемых в одной части штампа.

1.10.2 Толщина (T,t) – высотный размер геометрического элемента поковки, получаемого в обеих частях штампа.

1.10.3 Межосевое расстояние:

А₁ – размер отрезка прямой, соединяющей два центра и не пересекающей наружный контур поковки (рисунок А.3).

А₂ – то же, пересекающей наружный контур по ковки (рисунок А.4).

1.10.4 Радиус закругления внутреннего угла (R_в) – радиус закругления в сечении вогнутого участка поверхности поковки (рисунок А.2).

1.10.5 Радиус закругления наружного угла (R_н ) – радиус закругления в сечении выпуклого участка поверхности поковки (рисунок А.2).

рисунок А.2

Рисунок А.3

рисунок А.4

1.11 Допуск формы поковки – допустимая величина отклонения формы поковки.

1.12 Отклонения формы поковки.

1.12.1 Смещение по поверхности разъема штампа (m) – отклонение формы поковки в виде наибольшего линейного переноса по плоскости одной части поковки относительно другой, вычисляемое по формулам:

для штампов с одной поверхностью разъема (рисунок А.5,а)

m = (a₂ – a₁) / 2,

для штампов с двумя и более поверхностями разъема (рисунок А.5,б)

m = a₂ – a₁,

где m – величина смещения;

а₁ – наименьший размер поковки в направлении линейного переноса;

а₂ – наибольший размер поковки в направлении линейного переноса.

1.12.2 Отклонения от концентричности (с_м) – расстояние от центра глухого или пробитого отверстия до заданных координат центра этого отверстия по чертежу поковки (рисунок А.5,в).

1.12.3 Отклонения от соосности (е) – угловое отклонение оси отверстия от оси поковки (рисунок А.5,г), измеряемое в единицах длины.

1.12.4 Остаточный облой (г)- выступ, составившийся на поковке после обрезки облоя или пробивки отверстия (рисунок А.6).

1.12.5 Срезанная кромка (Ф) – кромка поковки, образовавшаяся при обрезке облоя или пробивке отверстия (рисунок А.6).

1.12.6 Заусенец (к) – выступ, образовавшийся на поверхности поковки в непредусматриваемых для размещения облоя местах сочленения частей штампа (зазорах). А также при обрезке облоя и пробивке отверстия и измеряемый по высоте (рисунок А.7, (А) – при безоблойной штамповке, А.7, (Б) – при штамповке в штампах с разъемными матрицами, А.7, (В) – при обрезке облоя и пробивке отверстия).

1.12.7 След от выталкивателя штампа – местное отклонение положения поверхности поковки под действием выталкивателя штампа.

рисунок А.5 (а)

рисунок А.5 (б)

рисунок А.5 (в) рисунок А.5 (г)

рисунок А.6

рисунок А.7

1.12.8 Изогнутость (Р_н) – отклонение осевой линии поковки от номинального положения в направлении наибольшей длины или ширины поковки (рисунок А.8).

1.12.9 Отклонение от плоскостности – отклонение от плоскости, оцениваемое наибольшим расстоянием от точек действительной поверхности до прилегающей плоскости (рисунок А.8).

1.12.10 Допуск плоскостности (Р_а) – наибольшее допускаемое значение отклонения от плоскостности (рисунок А.8, а).

1.12.11 Отклонение от прямолинейности – отклонение от прямолинейности в плоскости, оцениваемое величиной наибольшего расстояния от точек действенного профиля до прилегающей прямой (рисунок А.8, б).

б)

а)

рисунок А.8

1.12.12 Допуск прямолинейности (Р_б) - наибольшее допускаемое значение отклонения от прямолинейности.

1.12.13 Радиальное биение – разность наибольшего и наименьшего расстояния от профиля сечения поковки до его оси.

1.12.14 Допуск радиального биения – наибольшее допускаемое значение радиального биения.

1.13 Припуск – слой металла на обрабатываемых частях поверхности поковки, удаляемый при ее механической обработке.

1.14 Кузнечный напуск – дополнительный объем металла (слой) на обрабатываемых или необрабатываемых частях поверхности поковки, необходимый для осуществления формоизменяющихся операций.

1.15 Масса поковки расчетная – установленная величина, используемая при назначении припусков и допусков.

1.16 Исходный индекс – условный показатель, учитывающий в обобщенном виде сумму конструктивных характеристик (класс точности, группы стали, степень сложности, конфигурацию поверхности разъема) и массу поковки.