Изготовление деталей холодной объемной штамповкой

Под холодной понимают штамповку без предварительного нагрева заготовок, т.е. процесс деформирования, соответствующий для практически используемых металлов условиям холодной деформации. Холодную штамповку подразделяют на объемную (сортового металла) и листовую (листового металла).

В зависимости от характера пластического течения металла объемную холод­ную штамповку разделяют на холодное выдавливание (прямое и обратное), высад­ку, осадку в открытых и закрытых штампах. Необходимо представлять типы дета­лей, получаемых каждым из способов.

Объемная холодная штамповка позволяет получать изделия с высокой точно­стью и хорошей поверхностью. Но так как сопротивление деформированию металла в холодном состоянии высокое (например, при обратном выдавливании стали с содержанием углерода более 0,3% оно составляет около 3000 МПа), а экономически оправданная стойкость инструмента достигается при давлениях примерно до 2500 МПа, то этот способ имеет ограничения применения по марким сплавов и размерам деталей (максимальный диаметр около 100 мм для стальных деталей и до 200мм - из алюминиевых и медных сплавов).

К листовой штамповке относят процессы деформирования заготовок в виде листов, полос, лент и труб. Процессы листовой штамповки делят на операции, по­следовательное применение которых позволяет придать исходной заготовке форму и размеры готовых деталей. Операции листовой штамповки объединяют в две группы: разделительные и формоизменяющие. При выполнении разделительных операций деформирование заготовки происходит вплоть до се разрушения. При выполнении формоизменяющих операций, наоборот, стремятся создать условия, при которых можно получить наибольшее формоизменение заготовки без ее разру­шения.

Рассматривая разделительные операции, обратите внимание, как влияют на качество получаемых изделий технологические параметры процесса: зазор между режущими кромками, усилие прижима, форма режущих кромок. При разработке процессов вырубки изделий важно правильно расположить их на исходной листо­вой заготовке (раскроить материал). Правильный раскрой обеспечивает минималь­ные отходы при вырубке и в то же время достаточную перемычку между деталя­ми, так как от нее зависит качество получаемых изделий.

Основным показателем экономичности раскроя служит коэффициент исполь­зования металла, равный отношению площади деталей к площади листа, полосы или ленты, из которых эти детали вырубают. Вырубка деталей из рулонной по­лосы или ленты экономичнее.

Рассматривая схемы формоизменяющих операций, обратите особое внимание на разновидности гибки, вытяжки и формовочные операции, рельефную фор­мовку, отбортовку, раздачу, обжим. При этом отметьте факторы, ограничива­ющие предельное формоизменение, т.е. технологические возможности каждой операции.

При гибке в каждом сечении по толщине заготовки одновременно действуют сжимающие и растягивающие напряжения, тем больше, чем меньше отношение радиуса гибки к толщине материала. Минимальный радиус гибки ограничен. Осо­бенностью гибки является относительно большая упругая деформация, приводя­щая к увеличению угла гибки - "пружинению" изделия. Поэтому необходимо кор­ректировать угол гибки на угол "пружинения", который для каждого конкрет­ного случая находят в справочниках.

При вытяжке полых изделий из плоской заготовки дно изделия, находящееся под пуансоном, практически не деформируется, а остальная часть заготовки (фланец) растягивается в радиальном направлении и сжимается в тангенциальном. При сжатии фланца может происходить потеря устойчивости и образование складок. Для предотвращения этого необходимо прижимать, фланец к торцу матрицы.

Усилие, необходимое для вытяжки и действующее со стороны пуансона на за­готовку, увеличивается с увеличением отношения диаметра заготовки к диаметру вытягиваемого изделия. Это отношение называют степенью вытяжки и она харак­теризует предельное формоизменение изделия. При ее превышении усилие вытяж­ки превышает прочность стенки и происходит отрыв дна. В справочной литературе даны максимальные значения степени вытяжки или минимальные коэффициенты вытяжки. Если необходимо получить изделие с коэффициентом вытяжки меньше предельного, применяют вытяжку в несколько переходов без утонения или с уто­нением стенок.

При выполнении формовочных операций формоизменение происходит за счет местного утонения (рельефная формовка, отбортовка, раздача) или утолщения (обжим) листового материала. Впервом случае возможности операций ограничиваются опасностью разрушения материала, при превышении допустимых деформаций растяжения, во втором опасностью потери устойчивости материала образования складок. Для характеристики предельного формоизменения при каждой операции установлены соответствующие коэффициенты.

Инструмент листовой штамповки - штамп - обычно состоит из рабочих элементов (пуансона и матрицы) и ряда вспомогательных деталей, назначение которых можно легко уяснить. Такие штампы, называемые иногда жесткими, отличаются большим разнообразием и могут быть очень сложной конструкции со встроенными механизмами подачи листа и удаления деталей и отходов. Очевидно, что такие штампы окупаются при изготовлении достаточно больших партий одина­ковых деталей. Поэтому следует заметить, что при изготовлении небольших партий изделий применяют штамповку эластичной, жидкостной, газовой средой, силовым (магнитным) полем и давильные процессы. В этих способах штамповки отсутству­ет одна из двух рабочих частей инструмента, вследствие чего процесс значительно экономичнее. Кроме того, при беспрессовой штамповке: взрывом, импульсным магнитным полем, электрогидравлической - нагрузка на заготовку носит импульс­ный характер. Это даст возможность штамповать сложные детали из труднодеформируемых сплавов, штамповка которых в обычных условиях затруднена.

Давильные работы предназначены для получения деталей по форме тел враще­ния и выполняются на специальном оборудовании, оснащенном числовыми программными устройствами.

Изучая принципиальные схемы этих видов штамповки, обратите внимание на их преимущества, недостатки и области наиболее рационального и экономического использования.

Литература: [1], разд. 3, гл. VI, §1-4.

Охрана труда и техника безопасности и кузнечно-штамповочном производстве.
Используемое при ковке, объемной и листовой штамповке оборудование имеет
повышенную опасность ввиду значительных рабочих усилий и быстроходности.
При обработкедавлением с нагревом заготовок необходимы меры безопасности
при работе с горячим металлом.

РАЗДЕЛ V. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

1. Физические основы получения сварного соединения

Рассмотрите физическую сущность процесса сварки, используя знания о стро­ении металлов и связи между атомами вещества.

Металл состоит из множества положительно заряженных ионов, упорядоченно расположенных в пространстве и связанных в единое целое облаком коллективизи­рованных электронов. При соприкосновении двух металлических тел обычно не происходит их объединения в единое целое; этому препятствуют неровности на поверхности и пленки оксидов, гидридов и нитридов, дезактивирующих ее. Если активизировать поверхности заготовок и сблизить поверхностные ионы до расстояний, равных расстояниям между атомами твердого металла, то происходит сварка, т.е неразъемное соединение заготовок межатомными силами связи. На практике этого достигают тепловым, силовым воздействием или их сочетанием.

При сварке плавлением происходит только тепловое воздействие - нагрев до расплавления кромок заготовок с образованием единой жидкой металлической ванны. Ее кристаллизация происходит последовательным единичным или групповым оседанием атомов жидкой фазы во впадинах кристаллической решетки твер­дой фазы, при котором устанавливаются межатомные фазы. В результате кристал­лизации в зоне сварки образуются зерна, принадлежащие одновременно основному металлу и металлу шва. В зоне сварки устанавливается такое же атомно-кристаллическое строение металла, как в основном металле, что обеспечивает равнопрочное соединение. При сварке плавлением оксиды и другие примеси на спариваемых поверхностях частично разрушаются при нагреве, а частично переводятся в легкоплавкие шлаки, всплывающие на поверхность шва.

При сварке давлением образование неразъемного соединения достигают а твердом состоянии силовым воздействием, если оно вызывает совместную пластическую деформацию заготовок в зоне сварки. При этом сминаются неровно­сти, а оксиды и другие поверхностные пленки разрушаются и вытесняются из зоны сварки при пластическом течении металла. Образовавшиеся чистые активирован­ные поверхности приводятся в соприкосновение, между ионами которых устанав­ливаются связи.

Для металлов, обладающих высокой пластичностью (медь, алюминий), сварку Давлением можно производить без нагрева (холодная сварка). Менее пластичные сплавы необходимо нагревать до температуры высокопластичного состояния, что­бы исключить местные разрушения при значительной пластической деформации в процессе сварки. Непластичные материалы (керамика, графит) образуют соеди­нение а результате диффузии при длительном нагреве.

Литература: [1], разд. 5, гл. I.

Свариваемость металлов. Применяемость сварки определяется свариваемо­стью металлов заготовок. Под свариваемостью металла понимают его способность образовывать при сварке качественное сварное соединение, эксплуатационные свойства которого близки к свойствам свариваемого металла.

Важно понять, что свариваемость металлов и сплавов зависит от химического Состава сплава и способа сварки. Уясните принцип действия металлов по степени свариваемости. К ограниченно сваривающимся металлам относят те, которые дают качественные соединения лишь при усложнении технологии сварки (подогрев, специальные сварочные материалы).

Изучите причины ограниченной свариваемости металлов в виде дефектов, воз­никающих при сварке. Первой причиной являются напряжения и деформации в ме­талле при сварке из-за неравномерного нагрева заготовок, которые действуют как на этапе кристаллизации шва, так и после полного охлаждения.

В процессе кристаллизации сварной шов испытывает растяжение главным образом из-за того, что холодные зоны заготовки препятствуют усадке и сокраще­нию размеров остывающего шва. Этот фактор вызывает в шве образование горячих трещин, когда металл шва имеет крупнозернистое строение с повышенным содер­жанием легкоплавких примесей но границам зерен. В процессе дальнейшего охлаж­дения сварного соединения в нем накапливаются напряжения, вызывающие искаже­ние формы конструкции.

В случаях когда напряжения велики, а металл при сварке претерпел за­калку (особенно часто это бывает при сварке заготовок из среднеуглеродистых легированных сталей), в сварном соединении образуются холодные трещины, возникающие после остывания шва, а также в течение нескольких суток после сварки. Обратите внимание на основные способы борьбы с холодными и горячими трещинами. Свариваемость может быть низкой из-за снижения прочно­стных или антикоррозионных свойств сварных соединений в результате укруп­нения зерен в зоне шва и околошовной зоне при высокотемпературном нагреве.

По ряду перечисленных причин свариваемость металла увеличивается при уменьшении температуры нагрева, длительности его пребывания при высоких температурах и сужения зоны нагрева. Поэтому при сварке давлением свариваемость обеспечивается для более широкого крута материалов, чем при сварке плавлением, Выбор способов сварки производят как по свариваемости, так и по форме, размерам конструкции, экономическим критериям процесса. Усвойте основные технико-экономические показатели способов сварки и правила конструирования технологичных соединений.

Литература: [ 1], разд. 5, гл. V, § 1.