4.4. Холодная листовая штамповка

Виды заготовок. Для листовой штамповки используют заготовки в ви­де листа, полосы, ленты или профилей различного поперечного сече­ния: труба, уголок, двутавр и т.д.

Раскрой материала. Раскрой материала - это способ расположения деталей (заготовок) в ленте, полосе или на листе с целью раци­онального использования исходного материала.

Раскрой полосы (ленты). В зависимости от требований по точности различают три типа раскроя: а) с отходами перемычками, б) с час­тичными отходами, в) без отходов.

Раскрой с отходами (рис.7a) применяют для изготовления деталей повышенной точности (8-13 квалитет), а также для деталей сложной конфигурации, раскрой с частичными отходами (рис.7б) и без отходов (рис.7в) применяют для простых по форме дета­лей низкой точности. Перемычки между деталями и краем определяют по таблицам в зависимости от толщины и конфигурации детали. Применяют по указанным схемам однорядный и многорядный раскрой. Нужную ширину полосы (ленты) получают путем резки листа (рулона) на полосы (ленты).

Раскрой листа (ленты). При раскрое листа нужно стремиться к полу­чению целого числа полос, длина которых равна шагу подачи. Пред­почтительным является продольный раскрой (рис.8а) увеличивающий произво­дительность труда за счет меньшего количества заправок полос в штамп. Для уменьшения отхода по некратности длины полосы приме­няют поперечный и комбинированный раскрой листа (рис.8б,в). При раскрое ленты следует предусматривать у краев припуск 2-3 мм для удаления смятых при транспортировке торцов.

Рациональным считается раскрой, для которого получают наиболь­ший коэффициент использования материала

N=(n*Fд)/B*A

где n - число деталей в полосе или ленте,

Fд - площадь детали, мм², B,A - ширина и длина полосы, ленты или листа, мм.

Разделительные операции

Общие сведения.

Различают разделительные операции: 1) со значительной шириной отделяемого металла (более двух толщин) - резка, вырубка, про­бивка, вырезка, надрезка и др., и 2) операции с небольшой шири­ной отделяемого металла (менее 0,5 толщина - зачистка, калиб­ровка. Механизмы разделения в этих случаях различны.

Первая группа операций применяется для разделения листов и лент с целью получения деталей или заготовок для последующей штам­повки. Вторая группа операций - с целью отделки - повышения каче­ства деталей

Резка. Механизм разделения операций резки, вырубки, пробивки и др. одинаков. Процесс резания - деформирования заготовки протекает в три этапа:

1) упругая и начало пластической деформации,

2) пластическая деформация, сопровождающаяся пластическим врезанием ножей в материал заготовки,

3) разделение металла, происходящее после исчерпания пластической деформации путем скола.

При упругой деформации (1 этап) происходит упругое сжатие и из­гиб, свободные концы заготовки при этом поворачиваются на некото­рый угол. При пластической деформации (2 этап) врезаются ножи в разделяемый металл, качество поверхности разделения при этом за­висит в значительной мере от качества задней поверхности ножей. После исчерпания пластической деформации металла наступает сдвиг (скол) металла (3 период). У режущих кромок ножей образуются трещины скола металла. Эти трещины располагаются под некоторым углом к направлению движения ножей. Для качественного среза они должны встретиться.

Следовательно, для обеспечения качественного среза между ножами должен быть определенный зазор Z Опытные данные показывают, что величина зазора должна быть в пределах Z = (0,05-0,20)S (S - толщина металла).

Шероховатость поверхности среза соответствует Ra = 2,5-0,32 мкм, шероховатость поверхности скола - Rz = 16,0-20,0 мкм (рис.9д).

рис. 9

Напряжения и деформации в плоскости листа распространяются вдоль линии резки по обе стороны примерно на полосе шириной око­ло одной толщины металла (рис.10).

Из этих данных следует, что при ширине отрезаемой полосы или ленты равной или менее двух толщин поперечное сечение будет зна­чительно искажено.

Под действием силы резания возникает опрокидывающий момент, поворачивающий лист. Для предотвращения поворота листа применяют прижим.

Основные технологические параметры кроме зазора, точности и шероховатости поверхности - усилие и работа резки; они определя­ются по формулам:

p=бв*s*L н/(кгс) (2)

A=(p*s*a)/1000 нм(кгс) (3)

где бв - предел прочности разрезаемого металла н/м2 (кгс/мм2),

S - толщина металла (мм), L - периметр резки (мм), a - коэффициент, равный 0,5-0,6.

Усилие и работа необходимы для подбора оборудования (ножниц).

Для резки листового металла применяют различные типы ножниц: 1) ножницы с параллельными прямыми ножами, 2) ножницы с наклонны­ми прямыми ножами, 3) ножницы с многодисковыми ножами, 4) ножницы с парнодисковыми наклонно поставленными ножами и др. (рис.9а-г), а также штампы.

Ножницы с параллельными, наклонными и многодисковыми ножами применяют для прямолинейной резки; ножницы с парнодисковыми наклонными ножами - для криволинейной резки и вырезки по замкнутому контуру. Ножницы с параллельными и наклонными ножами применяют для резки листов, ножницы с многодисковыми ножами - для резки лент. Для выбора ножниц усилие рассчитывают по формулам:

а) для ножниц с параллельными ножами - по формуле (2)

б) для ножниц с наклонными ножами

P=(1/2)*(бв*S2)/tgL (4)

в) для многодисковых ножниц

*

P=0,4*m*(бв*S2)/tga

где бв - предел прочности материала, н/м2(кгс/мм2),

S - толщина материала, мм, L - угол наклона ножей, град, α (альфа) -угол захвата материала дисками, град, м - число пар ножей.

Точность резки по ширине зависит от толщины и ширины отреза­емой заготовки; более высокая точность резки на штампах, затем на многодисковых ножницах, затем на параллельных ножницах и наи­более низкая - на ножницах с наклонными ножами. Точность резки на ножницах определяется по справочным таблицам в зависимости от ширины и толщины разрезаемого металла. Ориентировочно она оцени­вается 12-14 калитетом точности.

Технологические требования (технологичность). 1) Ширина отделяемой части металла должна быть или равна двум толщинам материала.

2) Точность резки по ширине - 12-14 квалитет. Она уточняется по справочнику в зависимости от применяемого оборудования и толщины материала.

3) Шероховатость поверхности среза по толщине неоднородна - от Rz = 160-20 мкм в зоне скола до (Ra = 2,5-0,32 мкм в зоне среза. Вырубка и пробивка. При вырубке и пробивке происходит отделение металла по замкнутому контуру; при вырубке отделенная часть - яв­ляется деталью, при пробивке - отходом. Схема процесса показана на рис.11

Механизм разделения со всеми его особенностями не отличаются ничем от механизма разделения при резке. Напряжения пластического дефор­мирования распространяются на величину равную (0,6-0,7) толщины металла (рис.10), как и при резке.

В отличие от резки изгибающий момент при вырубке - пробивке приложен по замкнутому контуру к заготовке, находящейся внутри и вне контура резки, что приводит также к изгибу вырубаемой и про­биваемой заготовки - детали. При равномерном сопротивлении изгибу, что достигается соответствующим расстоянием от контура резки до края заготовки (перемычке), получают нормальное качество поверх­ности разделения. При малой перемычке ча6ть металла втягивается в зазор между режущими кромками и в этом случае, как и при боль­шом зазоре, получают заусенцы. Под действием изгибающего момента обе части заготовки получают остаточный прогиб, для получения плоской детали необходима дополнительная операция плоскостной правки. Величина зазора здесь также влияет на качество разделения. При нормальном зазоре Z = (0,05-0,20)S получают наилучшее качество поверхности разделения - в зоне среза параметр шерохова­тости Ra = 2,5-0,32 мкм, в зоне скола параметр шероховатости Rz= 80-20 мкм, при увеличенном зазоре шероховатость поверхности разделения такая же как и при нормальном зазоре, и кроме этого возникает заусенец; при уменьшенном зазоре поверхности скола не могут соединиться и поэтому параметр шероховатости ниже Rz =320 мим в зоне двойного скола - среза (рис.12). Точность размеров при вырубке - пробивке зависит от толщины материала, формы и раз­меров заготовки.

Точность круглого контура находится в пределах 11-14 квалитета. Для конкретных условий уточняется по справочнику. Так как заго­товка в процессе вырубки-пробивки прогибается, то применение при­жима заготовки увеличивает точность размеров.

Усилие и работа, необходимые для выбора оборудования опреде­ляют по формулам (2) и (3).

Для выполнения операций вырубки-пробивки используют механиче­ские - кривошипные прессы. Прессы могут быть оснащены устройствами для автоматической подачи ленты или полосы, автоматическими уст­ройствами выталкивания детали из верхней и нижней части штампа, для удаления отходов и деталей под действием сил веса изготовляют прессы с наклоняемой станиной.

Основной инструмент для вырубки и пробивки - штамп, который устанавливается на пресс. Размеры штампа должны вписываться в рабочее пространство пресса - размеры стола пресса и быть не бо­лее наименьшего расстояния от ползуна пресса до стола. Типовая конструкция штампа для серийного и массового производства деталей без прижима изображена на рис. 13 Любой штамп состоит из следующих основных деталей: 1 - формообразующих деталей - пуансона (1), матрицы (2), П - деталей ориентирующих заготовку относительно рабочих деталей

- направляющих (3) или фиксатора,

Ш - деталей ориентирующих рабочие детали друг относительно друга- направляющих колонок (4) и направляющих втулок (5),

1У - деталей, снимающих отход или заготовку с пуансона - съем­ника (6),

У - корпусных деталей штампа - верхней плиты (7), нижней плиты

(8),

У1 - деталей, обеспечивающих крепление штампа к прессу - хвосто­вика (9), прижимных планок, прокладки, болтов с гайками, УП - крепежных деталей для крепления всех деталей в штампе -винтов,

штифтов, болтов и др.

Технологичность деталей, получаемых вырубкой и пробивкой определя­ется прочностью рабочих частей штампа и технологическим процессом штамповки.

1. Плоские детали должны иметь простую конфигурацию, острые углы, узкие прорези и выступы снижают стойкость штампов и услож­няют их изготовление.

2. При применении цельных матриц, вырубка с перемычками, про­бивке выполнять плавное сопряжение пересекающихся элементов кон­тура детали (рис.14a). Минимальные радиусы сопряжения углов: при α>90° R=(0,25-0,35)S , при a<90° R=(0,5 - 0,6)S - для металлов, для неметаллических материалов эти ра­диусы больше из-за малой прочности штампуемого материала.

3. При составных матрицах и при безотходной штамповке пересе­кающиеся элементы контура не сопрягают.

4. Минимальные размеры отверстий, пробиваемые в штампах нор­мальной конструкции: круглых d=(1-1.5)S , квадратных a = (0,9-1,4)S , прямоугольных b = (0,7-1,2)S , овальных c = (0,6-1,1)S для сталей в зависимости от прочности ( бв = 50-70 кгс/мм2) (рис. 14б).

5. Для пробивки отверстий диаметром до 1/3S , применяют спе­циальные штампы.

6. Минимальные расстояния между раздельно пробиваемыми отверстиями круглой и прямоугольной формы a1>(1-1,2)S (рис.14в).

7. Минимальное расстояние между пробиваемым отверстием и ранее полученным контуром детали a2>(0,7-0,9)S (рис.14в).

8. Минимальное расстояние между одновременно пробиваемыми отверстиями равно двум-трем толщинам металла. *

9. Точность размеров определяется в зависимости от толщины штампуемого металла и конфигурации детали, для круглых контуров она находится в пределах 11-14 квалитета.

10. Шероховатость поверхности среза по толщине неоднородна: в зоне среза Rа = 2,5-0,32 мкм, в зоне скола - Rz=80-20 мкм. Технологический маршрут вырубки*пробивки: