123155 (Изготовление деталей РЭС методами порошковой металлургии и давлением), страница 2

Листовой прокат из алюминия и его сплавов (ГОСТ 21613) марок А2, А3, АМц, АМг2, АМг6, Д1, Д16, В95. Листовой прокат из меди и ее сплавов (ГОСТ 495, ГОСТ 931) марок М1, М2, М3, Л68, Л63, ЛС59-1.

Разнообразные операции холодной штамповки по характеру деформации объединяются в две группы: разделительные и формоизменяющие. К первым относятся операции, связанные с полным или частичным отделением одной части материала от другой по замкнутому или незамкнутому контуру (отрезка, разрезка, вырубка, пробивка, надрезка, обрезка, зачистка). К формоизменяющим относятся операции, связанные с изменением формы и размеров заготовки, перераспределением и заданным перемещением объема металла (гибка, вытяжка, отбортовка, правка, формовка).

2.2.1.Разделительные операции листовой штамповки

Отрезка - это отделение части материала по незамкнутому контуру ножницами или в штампах.

Ножницы для отрезки листового материала бывают параллельные, гильотинные, роликовые, дисковые и вибрационные (рис. 9.1). Параллельные, гильотинные и роликовые ножницы с прямопоставленными ножами применяют для прямолинейной отрезки, а роликовые с наклоннопоставленными ножами и вибрационные - для криволинейной отрезки.

Для выбора ножниц усилие Р рассчитывается по формулам:

для ножниц с параллельным расположением ножей

, (9.1)

для гильотинных ножниц

, (9.2)

для дисковых ножниц

, (9.3)

где L - длина реза, мм; σ_ср – сопротивление материала срезу, Мпа; S - толщина листа, мм; φ, α - угол раствора ножниц и угол захвата для гильотинных и роликовых ножниц, град; h - глубина вдавливания ножей в материал к моменту начала скалывания находится из соотношения h = (0,3 – 0,8)S в зависимости от механических свойств материала заготовки; m – число пар дисковых ножей.

Отрезку в штампах используют для малогабаритных заготовок по криволинейному или замкнутому контуру.

Вырубка и пробивка. Вырубку по контуру и пробивку отверстий производят на штампах. Рабочими элементами штампа являются режущие кромки матрицы (неподвижной части штампа) и пуансона (подвижной части штампа).

Конфигурация и минимальные размеры деталей и их элементов, получаемые пробивкой и вырубкой, изображены на рис. 9.2. На рисунке S - толщина листового материала; К - коэффициент, применяемый для мягкой стали - 1, высокоуглеродистых и легированных сталей - 1,4; для сплавов на основе меди и алюминия - 0,75.

h > 1,2 S · K b > 1,55 S · K

d = S · K a = 0,9 S · K b = 0,8 S · K c = 0,7 S · K

m₁ ≥ S · K m₂ ≥ 0,8 S · K m₃ ≥ 1,5 S · K

На рисунке 9.3 показана схема вырубки и пробивки штампом. Процесс вырубки и пробивки состоит из трех стадий:

стадия упругой деформации, во время которой происходит упругое смещение и изгиб металла, а напряжение в металле не превосходит предела упругости;

стадия пластической деформации, в течение которой происходит вдавливание пуансона в металл, и к концу этой стадии напряжение около режущих кромок достигает максимальной величины, соответствующей сопротивлению металла срезу (сдвигу);

стадия скалывания, в течение которой сначала возникают у кромок пуансона и матрицы микротрещины, а затем макротрещины.

Скалывающие трещины распространяются внутрь металла и вызывают отделение детали. Для того, чтобы скалывающие трещины, распространяющиеся от пуансона и матрицы под углом (3 - 15 °) совпали, необходимо между ними предусмотреть гарантированный зазор Z = Д_м - Д_n, величину которого выбирают из соотношения Z = (0,1 - 0,3)S. Чем тверже материал, тем больше угол наклона скалывающих трещин и тем больше величина зазора.

Усилие при вырубке и пробивки определяется из соотношения

, (9.4)

где L_n - периметр вырубаемой детали, мм; σ_ср - сопротивление срезу, МПа; К - коэффициент, учитывающий взаимное положение режущих кромок пуансона и матрицы, если φ = 0, то К = 1,25, если φ > 0, то К = 0,4 - 0,6.

Точность размеров, достигаемая при вырубке, находится в пределах Н9 – Н13 квалитетов точности. Для получения требуемой точности размеров заготовки соответствующие размеры штампа должны быть выполнены с точностью на два квалитета выше. Получение размеров выше Н9 квалитета точности достигается применением зачистки и калибровки, выполняемых зачистными штампами и специальными калибрующими инструментами - дорнами, шариками.

Основное технологическое время вырубки То определяется из выражения

, (9.5)

где Z_n - число рабочих ходов пресса в минуту.

Раскрой материала. Рациональное использование материала достигается наивыгоднейшим расположением вырубаемых деталей в полосе, т.е. оптимальным раскроем групповой заготовки - полосы, ленты. Существует три типа раскроя: с отходами (перемычками) по всему контуру вырубаемой детали (заготовки); с частичными отходами (перемычками) по краям и торцам полосы (ленты); без отходов.

Раскрой с перемычками (рис. 9.4 а - в) применяют для получения простых по форме деталей повышенной точности (Н8 –Н12), а также независимо от точности для деталей сложной формы (рис. 9.4 г - е). Раскрой с частичными перемычками и без них применяют для деталей простой формы, с точностью размеров Н14 (рис. 9.4 ж - з). На рис. 9.4 перемычки обозначены буквой m. Ширина перемычек зависит от точности размеров деталей, механических свойств и толщины листа, сложности конфигурации детали. Числовые значения ширины перемычек выбираются по справочникам.

Показателем, характеризующим раскрой, является коэффициент использования материала К_и, определяемый по формуле

, (9.6)

где n - число деталей, вырубаемых из полосы; F_q- площадь детали; B, L - ширина и длина групповой заготовки (полосы).

2.2.2. Формообразующие операции штамповки

Гибка. Гибку выполняют штампами на прессах. Схема процесса гибки детали из плоской листовой заготовки изображена на рис. 9.5 (а - гибка с калибровкой, б - без калибровки). Минимальный размер прямой части отгибаемой полки должен быть больше двойной толщины листа заготовки Н ≥ 2S + r (Н – размер отгибаемой полки; S – толщина листа заготовки; r – внутренний радиус гибки).

В результате усилия Р, приложенного к пуансону 1, заготов­ка 2 вводится в матрицу 3 и, вследствие пластической деформации, при­обретает требуемую форму. На рис. 9.6 показана схема напряженно-деформированного состояния материала заготовки в зоне упругопластической деформации. Слои металла, прилегающие к поверхности радиусом r, подвергаются сжатию, а слои у поверхности радиусом R - растяжению. Линия х-х раздела сжатых и растянутых волокон называется нейтральной линией, она не изменяет своей длины после гибки. С уменьшением R возрастают внутренние напряжения и относительная деформация, которая может привести к разрыву в виде трещин. Для каждого металла существует минимально допустимый радиус гибки R_min. Например, для твердого дюралюминия R_min = 3,0 S мм, для мягкого R_min = 1,5 S мм, для сталей 25 - 30 R_min = 0,6 S мм. Минимально допустимые радиусы гибки в зависимости от материала и толщины листа приводят в специальной справочной литературе.

Рис. 9.6

Нейтральная линия х-х не проходит по середине сечения, а смещается в сторону малого радиуса.

Усилие для гибки Р зависит от способа выполнения операций, механических свойств материала и размеров заготовки. Для гибки с калибровкой (рис. 9.5 а), когда заготовка прижимается пуансоном к матрице, усилие гибки определяется из соотношения

Р = q · F, (9.7)

где F - площадь поверхности заготовки, сопряженная с торцом пуансона, определяемая как площадь проекции дна матрицы на плоскость, перпендикулярную оси пуансона, мм²; q - удельное давление калибровки, МПа, зависящее от материала и толщины листа заготовки. Для алюминиевых сплавов при S = 1 мм, q = 1,0 - 1,5 МПа; для сталей 10 - 20, q = 20 - 30 МПа (выбирается по справочникам).

Для свободной гибки без калибровки (рис. 9.5 б) усилие гибки определяется по формуле

P = B·S·σ_b·K, (9.8)

где В - ширина полосы; σ_b - предел прочности материала заготовки; K - коэффициент, зависящий от соотношения l/S, берется из справочников (l - расстояние между боковыми полками детали.)

Основное технологическое время при гибке определяется из соотношения

t_o = 1/Z, (9.9)

где Z - число рабочих ходов пресса в мин.

Процесс гибки сопровождается упругой деформацией, что приводит к искажению формы детали после снятия давления (рис. 9.7). Величина упругой деформации определяется разностью углов α₁ = α₀ - α, носящей название пружинения (α₀ - угол, определяемый штампом, α - угол, образующийся после удаления детали из штампа). Для устранения этой погрешности в процесс конструирования матрицы и пуансона вводят соответствующую поправку на угол α₁.

Определение длины заготовки, обеспечивающей получение требуемых размеров детали после гибки, основано на неизменности длины нейтральной линии до и после гибки. Поэтому расчет длины заготовки сводят к определению длины нейтральной линии. На рис. 9.8 для примера показаны размеры гнутой детали.

Длину нейтральной линии L_n, равную длине заготовки, определяют уравнением

, (9.10)

где а, b – размеры прямолинейных полок гнутой детали; α – угол гибки; πα (r + nS)/180 – размер нейтральной линии в месте изгиба; n - коэффициент, зависящий от толщины заготовки S и внутреннего радиуса гибки, он выбирается в зависимости от отношения r/S (табл. 9.1).

Таблица 9.1

Вытяжка - это процесс превращения плоской заготовки в полую деталь любой формы. Вытяжку выполняют в специальных вытяжных штампах на прессах простого или двойного действия с механическими или гидравлическими приводами.

По характеру протекания процесса и степени деформирования материала заготовки различают два способа вытяжки - вытяжку без утонения стенок и вытяжку с утонением стенок.

Вытяжка без утонения характерна тем, что толщина стенок и дна получается одинаковой и равной толщине листа заготовки. Схема вытяжки без утонения стенок изображена на рис. 9.9. Пуансон 2 под действием усилия Р вытягивает плоскую заготовку в матрицу 1, в результате пластического деформирования плоская часть заготовки превращается в полую и по мере продвижения пуансона в матрицу увеличивается длина цилиндрической части, а диаметр плоской части заготовки уменьшается.

При этом на поверхности плоской части заготовки, расположенной на матрице, возникают тангенциальные напряжения сжатия, в результате которых могут образовываться складки. Для предупреждения складкообразования применяют прижим 3, на который действует усилие прижима Q . Правильный выбор Q — необходимое условие бездефектного процесса вытяжки, так как малое значение Q приводит к образованию складок, а большое - к возрастанию напряжений стенок и к отрыву дна в опасном сечении. Оптимальное значение Q определяют из выражения

Q = q · F , (9.11)

где F - площадь заготовки под прижимом; q - удельное давление прижима, зависящее от механических свойств материала, толщины заготовки и степени деформации. Например, для мягкой стали при S < 0,5 мм q = 2 – 3 МПа, при S > 0,5 мм q = 1,5 – 2,5 МПа; для алюминиевых сплавов q = 1 – 1,3 МПа; для медных сплавов q = 1,5 – 2 МПа.

Необходимая величина усилия вытяжки определяется из условия прочности стенок формируемой детали на разрыв

P ≤ L_n · S ·σ_p , (9.12)

где L_n – периметр детали в опасном сечении около дна, S - толщина стенок в опасном сечении, σ_p - напряжение разрушения металла заготовки, МПа; σ_p = (1,1 – 1,2) σ_в (σ_в – предел прочности на растяжение).

Полное усилие пресса, необходимое для операции вытяжки, определяют как сумму усилий вытяжки и прижима