Теоретические основы получения заготовок

Формообразующие операции листовой штамповки: гибка, вытяжка без утонения стенки, вытяжка с утонением стенки заготовки, отбортовка, обжим полых заготовок, формовка (рисунок 3.1).

а – гибка; б – вытяжка без утонения стенок; в – вытяжка с утонением стенок;

г – отбортовка; д – обжим

Рисунок 3.1 – Формообразующие операции листовой штамповки:

 

Разделительные операции листовой штамповки предусматривают предварительную разрезку листа, полосы или ленты на технологически необходимые мерные заготовки. При штамповке, формообразующие и разделительные операции выполняют в специальном инструменте – штампе.

Штамп – сборная конструкция, состоящая из нескольких деталей различного функционального назначения (рисунок 3.2).

 

 

Рисунок 3.2 - Типовая конструкция штампа для вырубки и пробивки:

1 – направляющие колонки; 2 – пружины съемника; 3 – направляющие втулки; 4 – пуансон; 5 – верхняя плита штампа; 6 – съемник; 7 – матрица; 8 – нижняя плита штампа; 9 – листовой материал

 

При помощи направляющих колонок и втулок, закрепленных в верхней и нижней плитах штампа, обеспечивается стабильный зазор между матрицей и пуансоном. Верхняя плита крепится к ползуну пресса. Нижняя плита крепится к столу пресса. Когда пуансон находится в крайнем верхнем положении осуществляется перемещение полосы на заданный шаг. Перемещение может осуществляться как вручную, так и средствами механизации и автоматизации. Продвижение полосы происходит по направляющим, а фиксация в необходимом положении осуществляется упором, задерживающим полосу за перемычку (рисунок 3.3).

Рисунок 3.3 - Принципиальная схема подачи полосы при вырубке и пробивке:

1 – упор; 2 – направляющие; а, в, - боковые перемычки; t_ш - шаг подачи;

В – ширина полосы

 

Для исследования процесса отделения одной части материала от другой по замкнутому контуру используется штамп упрощенного действия (рисунок 3.4).

Рисунок 3.4 – Вырубной штамп:

1 – матрица; 2, 3 – пуансон; 4 – головка

 

Рабочие элементы штампа – матрица и пуансон, осуществляющие разделение заготовки. Вырубной штамп состоит из двух цилиндров со сквозными вертикальными отверстиями. В нижнюю часть цилиндра матрицы 1 (рисунок 3.4) в горизонтально расположенный канал вставляют заготовки из различных сплавов в форме тонких пластин различной толщины. В верхний цилиндр матрицы, в направляющий канал, вставляют цилиндр сплошного сечения – пуансон 2,3. Пуансон составной: державка 3 выполнена из углеродистой стали, а режущая часть 2 – из легированной инструментальной стали. Сверху пуансон накрывают головкой 4 для равномерной передачи нагрузки на заготовку при выполнении эксперимента. В собранном виде полученная система устанавливается на пресс, зажимается между плитами и сжимается усилием.

Вырубка и пробивка осуществляется вследствие сдвига одной части заготовки относительно другой (рисунок 3.5).

 

Рисунок 3.5 – Принципиальные схемы операций: а) вырубки; б) пробивки:1 – пуансон, 2 – листовой материал, 3 – матрица, 4 – детали, 5 – отход

 

В результате вырубки образуется изделие. Пробивкой получают отверстие и, при этом, образуется отход. Сущность операции вырубки (пробивки) заключается в полном отделении части материала по замкнутому контуру, причем отделяемая часть является изделием (заготовкой) при вырубке, отходом – при пробивке. Величина вырубаемой детали зависит от размера матрицы, а величина пробиваемого отверстия – от размера пуансона. Разделительные операции выполняются в штампах на листоштамповочных, эксцентриковых и винтовых фрикционных прессах.

В случае вырубки наружного контура номинальные размеры детали D _заг придаются матрице:

D _м = D _заг,

а зазор z осуществляется за счет уменьшения размеров пуансона (рис. 3.6, а).

D _п = D _заг - z.

а)                                      б)

Рисунок 3.6 – Схема определения зазоров при вырубке (а) и пробивке (б)

 

При пробивке отверстия его номинальные размеры D_отв придаются пуансону:

D _п = D _отв,

а зазор z осуществляется за счет увеличения размеров матрицы (рис. 3.6,б).

D _м = D _отв + z.

При малом зазоре при разделении металл образует заусенцы на кромке и слоистость на поверхности среза. В результате этого в верхней части детали образуется второй блестящий поясок с протянутым заусенцем, неровным зубчатым краем и небольшим конусным уширением кверху.

В случае большого зазора при очень тонком материале (менее 1,5 мм) происходит втягивание металла в зазор между матрицей и пуансоном с последующим обрывом. Изделие при этом выходит с рваными заусенцами, имеющими вид затянутых краев. Очень большие зазоры (свыше 30…40% от толщины заготовки) при вырубке более толстых материалов приводят к образованию сильно закругленной кромки детали со стороны матрицы и кромки отверстия со стороны пуансона.

На качестве поверхности среза сказывается и притупление режущих кромок пуансона и матрицы, а также неравномерное распределение зазора по контуру вырубки. В последнем случае часть контура может получиться удовлетворительной, а другая - с заусенцем. Кроме того, неравномерный зазор приводит к быстрому затуплению части режущих кромок.

Величина зазора z при вырубке (пробивке) зависит от вида и толщины s штампуемого материала и растет с увеличением его толщины, твердости, прочности.

 Для предварительного определения величины зазора можно воспользоваться соотношением

z = z _o∙s,

где z _o – коэффициент, учитывающий свойства материала.

Ориентировочно, величина z _o составляет: для мягких сплавов – 0,05, для сплавов средней твердости – 0,06, для твердых – 0,09.

Рекомендуемые значения минимальных и максимальных двусторонних зазоров между матрицей и пуансоном вырубных и пробивных штампов для различных металлов, приведены в Приложении В (таблица В.1).

Усилие вырубки или пробивки рассчитывают по формуле:

P = К ∙ L ∙ s ∙σ_ср,

где К =1,1-1,3 – коэффициент запаса, учитывающий притупление режущих кромок;

L – периметр вырубаемой заготовки, м;

S – толщина материала заготовки, м;

σ_ср=(0,8-0,86)σ_в – сопротивление срезу, Па (Н/м²); σ_в – предел прочности материала заготовки.