Штамповка исправлено (ТКМ в электронном виде)
Описание файла
Файл "Штамповка исправлено" внутри архива находится в папке "ТКМ в электронном виде". Документ из архива "ТКМ в электронном виде", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "технология конструкционных материалов (ткм)" из , которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "лекции и семинары", в предмете "технология конструкционных материалов (ткм)" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "Штамповка исправлено"
Текст из документа "Штамповка исправлено"
РОДИОНОВ Е.М.
Конспект лекций по курсу
«ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ»
Раздел – «Технологические основы конструирования деталей, изготавливаемых методами обработки давлением»
Редакция 2009 года
1.1ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЗАГОТОВОК МЕТОДАМИ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИХ КОНСТРУИРОВАНИЯ
Обработка давлением это частичное или полное изменение формы исходной заготовки под действием внешних сил. К этому виду обработки относят горячую и холодную ковку, листовую и объемную штамповку, прокатку, волочение и многие другие операции.
Широкое использование заготовок и деталей, полученных обработкой давлением (особенно штамповкой), объясняется, прежде всего, их малой стоимостью, большой производительностью изготовления, малой материалоемкостью, высокой точностью и высоким качеством поверхности.
В оптическом приборостроении обработкой давлением получают крышки фотоаппаратов, детали кинокамер, лепестки диафрагм и многие другие детали.
1.1.1Физические основы обработки давлением
Свойства кристаллов. Все металлы и сплавы имеют кристаллическое строение, которое характеризуется закономерным и периодическим расположением атомов кристалла в пространстве. Они могут состоять из одного или нескольких кристаллов-зерен, отличающихся друг от друга взаимным расположением в пространстве. В таком случае тело называют поликристаллическим. Можно вырастить или найти в природе одиночный кристалл (монокристалл) любого кристаллического тела.
Понятие об упругой и пластической деформации. Деформацией называют процесс изменения формы и размеров металлического тела, под воздействием приложенных к нему нагрузок, при этом необходимо различать упругую (обратимую) и пластическую (остаточную) деформацию. Если после снятия внешних сил деформированное тело полностью восстанавливает свои размеры и форму, то такую деформацию называют упругой. Пластической деформацией называют такую, при которой после снятия внешней нагрузки тело не восстанавливает первоначальную геометрическую форму и размеры.
Рисунок 1
Рисунок 2
Сущность упругой деформации. Между атомами твердого тела существуют силы взаимного притяжения и отталкивания: первые стремятся сблизить атомы, вторые - удерживают их от тесного сближения. При этом вся система атомов находится в положении устойчивого равновесия. При наложении внешних сил атомы смещаются, расстояние между ними изменяется и равновесие нарушается.
При снятии внешних сил вся система атомов возвращается в исходное положение.
Следовательно, механизм упругой деформации заключается в отклонении от положения устойчивого равновесия.
Деформация тела сопровождается изменением свойств тела: цвета, электропроводности, растворимости в кислотах, магнитной проницательности. При упругом деформировании изменение свойств обратимо.
Механизм пластической деформации. Пластическая деформация происходит в результате относительного перемещения атомов в новые положения устойчивого равновесия на расстояние, значительно превышающее расстояние между атомами в кристаллической решетке.
Пластическая деформация монокристалла происходит в основном двумя путями: скольжением и двойникованием.
Скольжение представляет собой параллельное смещение тонких слоев кристалла относительно смежных. Пересечение поверхностей скольжения с поверхностью кристалла называют полосой скольжения (рисунок 1,а). Расстояние между слоями (по экспериментальным измерениям) ~ I мк, а расстояние между соседними атомными плоскостями 10-4 мк. Обычно плоскостями скольжения в кристаллах являются плоскости наибольшей упаковки атомов. Скольжение атомов начинается в одном или нескольких участках плоскости скольжения и затем распространяется на всю плоскость.
Для объяснения процесса скольжения пользуются теорией дислокаций. Дислокации - это области с дефектами кристаллической решетки, имеющие линейные размеры. Дислокации являются причиной уменьшения прочности материала во много раз.
Двойникование - это механизм пластической деформации, приводящей к симметричному изменению ориентировки одной части кристалла относительно другой. В результате первая часть становится зеркальным отображением второй (рисунок 1,б).
Пластическая деформация при этом механизме деформации невелика. Иногда двойникование сопровождается значительным увеличением объема тела (на 50%), что объясняется образованием в некоторых случаях пустот.
Пластическая деформация поликристалла. При деформации монокристалл разделяется плоскостями скольжения и двойникования на отдельные блоки, имеющие внутри правильное кристаллическое строение. Таким образом монокристалл превращается в поликристалл, состоящий из зерен.
Дальнейшая деформация складывается из деформации зерен и межзеренной деформации.
Различие деформации поликристалла от деформации монокристалла заключается в том, что плоскости скольжения (наибольшей упаковки атомов) в отдельных зернах ориентированы не одинаково. В результате приложения внешних сил деформация в зернах будет происходить не одновременно. Сначала - в зернах с благоприятной ориентировкой по отношению к сдвигающему (касательному) напряжению, а затем постепенно во всех остальных, когда величина касательного напряжения и для их положения достигнет максимальной величины. В результате процесса скольжения в поликристаллическом теле, как и в монокристалле, на поверхности появляется линия скольжения. След скольжения часто портит внешний вид деталей. С целью предупреждения возникновения линий скольжения заготовки перед формоизменением подвергают дрессировке - небольшой степени деформации по толщине, так как линии скольжения возникают при небольшой степени деформации. При дальнейшем увеличении степени деформации вся поверхность тела покрывается линиями скольжения, и поэтому их следов заметить нельзя.
Дальнейшее увеличение деформации поликристаллического тела кроме этого приводит к тому, что зерна получают вытянутую форму в направлении интенсивного течения. Определенная ориентировка вытянутых при пластической деформации зерен называется полосчатостью микроструктуры.
Одновременно с изменением формы зерен происходит поворот кристаллографических осей отдельных зерен. По мере протекания пластических деформаций разница в направлениях кристаллографических осей уменьшается. Это приводит к тому, что при значительной пластической деформации возникает преимущественная ориентировка кристаллографических осей поликристалла, которую называют текстурой. Возникновение текстуры приводит к анизотропии свойств поликристалла. Так прокат листового материала часто ведут в одном направлении; при этом возникает анизотропия механических свойств. Анизотропия отрицательно сказывается на качестве изделий. В некоторых случаях требуется дополнительная операция (например, обрезка торца).
Упрочнение при холодной пластической деформации и выделение тепла. Пластическая деформация поликристалла приводит не только к изменению механических свойств, но и физических и химических.
С увеличением степени деформации: увеличиваются пределы упругости, текучести и прочности, увеличивается твердость металла, уменьшаются показатели пластичности (относительное удлинение и сужение, ударная вязкость); увеличивается электросопротивление, уменьшается сопротивление коррозии, теплопроводность, изменяются магнитные свойства ферромагнитных материалов и т.д. Совокупность всех явлений, связанных с изменением механических и физико-химических свойств материалов, называется упрочнением (наклепом). В настоящее время природа упрочнения полностью не выяснена. Изменение механических свойств, связанное с увеличением прочностных характеристик, объясняют искажением пространственной решетки, искажением плоскостей скольжения, концентрацией обломков зерен на поверхностях скольжения.
С изменением степени деформации величина сопротивления деформированию увеличивается по сравнению с начальным сопротивлением в 2 и более раз. При пластической деформации вследствие внутреннего трения значительная часть работы (до 90%) переходит в тело, 1 температура может значительно повыситься.
Влияние холодной пластической деформации на физико-механические свойства. Холодная пластическая деформация влияет не только на механические, но и на другие свойства, зависящие от структуры металла.
Так, например, с увеличением холодной пластической деформации магнитная проницаемость, магнитная восприимчивость, магнитное насыщение и остаточная индукция уменьшаются, коэрцитивная сила и гистерезис - увеличиваются. Это является следствием нарушения распределения магнитных полей кристаллической решетки.
При холодной пластической деформации увеличивается электрическое сопротивление, так у вольфрамовой проволоки оно повышается на 30-50%, кроме того: уменьшается теплопроводность, повышается обрабатываемость резанием, увеличивается химическая активность и т.п.
1.1.2Классификация операций обработки давлением
Операции обработки давлением классифицируют в зависимости от используемого инструмента, оборудования, температуры обрабатываемого металла и других признаков.
По применяемому инструменту, деформирующему металл, различают: бесштамповую обработку и штамповую обработку. При бесштамповой обработке на оборудовании используют универсальный деформирующий инструмент, позволяющий получать изделия разного размера, но одинаковой формы (круглый, квадратный или прямоугольный пруток, лист, ленту). При штамповой обработке используют специальный инструмент - штамп (отсюда и название). С помощью штампа можно получать изделия одинаковых размеров и формы.
Основными операциями бесштамповой обработки являются: прокатка и волочение.
К операциям штамповой обработки относят: операции холодной листовой штамповки, операции холодной объемной штамповка и операции горячей (листовой и объемной) штамповки.
При листовой штамповке в качестве заготовки используется листовой материал, толщина которого в процессе пластического деформирования не изменяется или изменяется незначительно. При объемной штамповке размеры исходной заготовки значительно изменяются по всем трем направлениям.
В свою очередь операции холодной листовой штамповки делятся на три основные группы: разделительные, формообразующие и комбинированные.
К разделительным операциям листовой штамповки относят: отрезку, разрезку, обрезку, вырезку, вырубку, пробивку, зачистку, калибровку, надрезку, просечку, и др.
При разделительных операциях происходит частичное (надрезка, просечка) или полное (оставшиеся операции) отделение металла от исходной заготовки; при этом получаются или готовые детали или заготовки, используемые для последующей обработки.
К формообразующим операциям относят: гибку, вытяжку, отбортовку, обжим, формовку, правку и др. При формообразующих операциях исходная плоская заготовка деформируется в пространственную деталь, причем плоская заготовка или локально (гибка, отбортовка, обжим, формовка) или полностью (вытяжка) деформируется.
Комбинированные операции - это процессы одновременного выполнения нескольких операций в одной или нескольких позициях, например - вырубка и вытяжка, вырубка и гибка и др. варианты.
К операциям холодной объемной штамповки относят: выдавливание, высадка, чеканка, накатка резьб и зубчатых колес и др.
В оптическом приборостроении наибольшее распространение получили разделительные, формообразующие и комбинированные операции холодной листовой штамповки, сущность которых и будет рассмотрена ниже.
1.1.3Исходные материалы для холодной штамповки.
Для изготовления деталей холодной штамповкой применяют различные металлические и неметаллические материалы. Эти материалы поставляются в цехи холодной штамповки в виде листов, лент, полос, прутков. Сортамент материала указан в ГОСТах, где приводятся размеры стандартных листов, лент, полос и прутков, выпускаемых заводили нашей страны. Размеры листов могут быть от 710 х 1420 до 2000 х 5000 мм. Ленту выпускают в рулонах шириной до 2300 мм. Длина ленты в рулоне достигает нескольких десятков метров. Полосы изготовляют шириной до 200 мм и длиной до 2000 мм. Листы, ленты и полосы при толщине до 4 мм называют тонколистовым, а более толстые - толстолистовым материалом.
Прутки диаметром свыше 20 мм поставляются в виде стержней различного сечения: круглого, шестигранного, квадратного и др., а диаметром менее 20 мм - в стержнях или мотках (бунтах).
При выборе материала для холодной штамповки необходимо учитывать эксплуатационные свойства изготавливаемых деталей и способность материала к обработке давлением.
При разделительных операциях металлы с высоким пределом текучести дают чистый срез; для формообразующих операций (гибки, вытяжки) желателен низкий предел текучести - это способствует уменьшению упругой деформации после штамповки. Вытяжка листового металла успешно протекает при большом относительном удлинении – δ > 28% и малом отношении предела текучести σт к пределу прочности σв (σт/σв ≤ 0,65). Выбранный материал должен также обеспечивать возможность выполнения последующих операций отделки, сборки и т.д.
Наиболее широко применяют следующие металлы и их сплавы: сталь (марки СТО, CTI, Ст2, Ст10, Ст15 и.др.), алюминий (AI, A2, A3 и др.), дюралюминий - сплав Al-Cu- Mg марок Д1, Д6, Д16, латуни марок Л62, Л68 и Л70, магниевые сплавы MAI и МА8, титан и его сплавы марок BTI-1, BTI-00, ВТ-5 и др.