Диссертация (Электрогидроимпульсная вытяжка-формовка тонколистовых металлов в закрытую матрицу), страница 3

Такие методы будутрассмотрены в данном параграфе.1.1. Существующие технологии изготовления деталей изтонколистовых металловСуществуют различные способы изготовления осесимметричных деталейиз тонколистовых металлов, как квазистатических, так и импульсных.Эффективным способом получения таких деталей является вытяжка, т.е.превращение листовых заготовок в полую деталь. При вытяжке заготовок изтонколистовых и особо тонколистовых металлов процесс представляет собойвытяжку с утонением материала заготовки, преимущественно в донной части, апотому такой процесс правильнее называть вытяжкой-формовкой. В данномпараграфе будут рассмотрены различные технологии изготовления деталей излистовых и тонколистовых металлов, а потому, под вытяжкой подразумеваетсятакже вытяжка-формовка.С точки зрения рассмотрения формоизменения тонколистовых и особотонколистовых заготовок, горячая штамповка из-за быстрого остывания13заготовок и возникновения температурных градиентов неприемлема, и поэтомув данном параграфе будет рассматриваться только холодная листовая вытяжка.1.1.1.

Вытяжка в жестких штампахЛистовая вытяжка в жестких штампах (рисунок 1.1) является широкораспространенной технологией обработки металлов давлением и представляетсобой процесс превращения плоской заготовки в полую деталь за счетпластической деформации, сопровождаемой смещением значительного объемаметалла в высоту [94]. Плоская заготовка 3 устанавливается на матрице 4 ификсируется прижимом 2. Пуансон 1 оказывает давление на центральную частьзаготовкиивытягиваетеевматрицу,осуществляятакимобразомформоизменение материала.Рисунок 1.1 – Схема листовой вытяжки в жестком штампе: 1 – пуансон;2 – прижим; 3 – заготовка; 4 – матрицаЛистовая вытяжка в жестком штампе позволяет получать миниатюрные икрупногабаритные детали при толщине материала от 0.2 – 0.4 мм до 30 – 40 мм[68, 60].

Степень вытяжки при использовании данного метода обычно находитсяв пределах = з ⁄ = (1.4 ÷ 2.2) [106, 113].Данный метод обладает рядом недостатков. Характерной особенностьюинструментального штампа является наличие двух рабочих инструментов –14матрицы и пуансона – и, соответственно, наличие жесткой связи между даннымиэлементами. Поэтому жесткие штампы являются не универсальными, а ихизготовлениесвязаносозначительнымитрудностями.Наибольшуютрудоемкость вызывает "подгонка" формы пуансона под форму матрицы.

Какправило, такая операция осуществляется вручную, занимает много времени изначительноувеличиваетстоимостьштампа.Каждыйпакетштампапредназначен для изготовления конкретной детали и не может быть переналажендля изготовления другой. В связи с этим, метод изготовления деталей в жесткихштампахотличаетсявысокойстоимостьюинструмента,отсутствиемуниверсальности оснастки и трудоемкостью производства нового инструмента,а длительный срок подготовки производства [48] делает метод неэффективнымв рамках мелкосерийного производства.Возрастаниеролипродукции,изготавливаемоймелкимисериями,обуславливает необходимость гибкости и приспосабливаемости элементовпроизводственных систем к частой смене параметров продукции [60].

Поэтомувсе больше применение находят методы, которые исключают один из жесткихформообразующих инструментов, и интенсифицированные процессы листовойштамповки, обеспечивающие заданные технические характеристики детали иэкономическую эффективность производства [123]. Кроме того, относительнаястоимость оснастки интенсифицированных методов в сравнении с вытяжкой вжестких штампах, значительно снижается и составляет 5 – 10 %.1.1.2. Методы точечного деформирования листовых металловМетодыточечногодеформированияосновываютсянапроцессахформоизменения плоских или полых заготовок с приложением точечной илилинейной внешней нагрузки, которая перемещается по заданной траектории, атакже характеризуются полным или частичным отсутствием традиционныхформообразующих элементов [123, 60].

К таким методам относятся ротационнаявытяжка и токарно-давильная обработка, основное отличие которых состоит в15выборе деформирующего инструмента: ролик и давильник соответственно.Ротационная вытяжка применяется как экономичная альтернатива листовойштамповке в жестких штампах и глубокой вытяжке в мелкосерийномпроизводстве.На рисунке 1.2, а приведена схема ротационной вытяжки конусообразнойдетали 3 из плоской заготовки 2. Заготовка 2 в виде диска фиксируется оправкой5 и прижимом 4.

При вращении оправки ролик 1, перемещаясь вдоль шаблона,деформирует металл. На рисунке 1.2, б показана схема токарно-давильнойобработки, где аналогичным образом давильник 1 деформирует плоскуюзаготовку 2 в полую сферическую деталь 3, зафиксированную прижимом 4 наоправке 5.Рисунок 1.2 – Схемы получения заготовок методами точечного деформирования:а – ротационная вытяжка конусообразной детали: б – ротационная вытяжкасферической детали; 1 – формообразующий инструмент; 2 – листовая заготовка;3 – изготавливаемая деталь; 4 – прижим; 5 – оправкаМетод точечного деформирования позволяет получать изделия из обычныхсталей и сплавов, медных и алюминиевых сплавов, а также труднодеформируемых и тугоплавких материалов [67].

Ротационной вытяжкой можнополучать полые изделия из листовых заготовок диаметром от нескольких мм до6 м, и толщиной от 0.25 – 0.8 мм в зависимости от выбранного материала [112,60]. На токарно-давильных станках можно получать детали диаметром до 4 м с16толщиной стенок от 0.25 [107] до 1.5 мм (стали) и до 2 мм (цветные металлы [59].При деформировании тонких заготовок с толщиной материала менее 0.4 ммвозможно возникновение кольцевых складок, шейкообразование и разрушение.Несмотрянамалуюстоимостьинструментаинезначительныеэнергетические затраты, ротационная вытяжка и токарно-давильная обработкаотличаютсяневысокойпроизводительностью[112].Приточечномдеформировании часто наблюдается погрешность формы в поперечном сечении,что влияет на диаметральные размеры.

Оболочка, снятая с оправки, не сохраняетстабильный диаметр и имеет меняющуюся овальность [95]. Чтобы избежатьнарушения размерной точности и формы оболочек, рекомендуется проводитьформоизменение за несколько переходов, с интервалом времени не менее 20 – 24часов для упругого восстановления размеров детали [124], что значительноснижает эффективность метода.1.1.3. Вытяжка с применением дополнительного давления жидкостиМетоды с применением дополнительного давления жидкости относятся ккатегории интенсифицированных методов, разработанных с целью снижениясебестоимости изделий, стоимости инструмента и расширения технологическихвозможностей формоизменения [112].

Главным достоинством подобныхметодов является отсутствие одного из формообразующих инструментов,благодаря чему отпадает необходимость подгонки пуансона и матрицы друг кдругу, существенно снижается стоимость инструмента, уменьшается срокподготовки производства и расширяются возможности применения метода вмелкосерийном производстве.Методсприменениемдополнительногодавленияжидкостиилигидравлическая вытяжка полых деталей производится посредством давленияжидкости на деформируемый металл [94]. Существует две разновидностипроцесса: гидромеханическая вытяжка и гидростатическая вытяжка.17Процесс гидромеханической вытяжки полых состоит в деформировании ихжестким пунсоном листовых заготовок в жидкостную матрицу (рисунок 1.3, а).Заготовку 3 размещают на поверхности матрицы 4 и фиксируют прижимом 2,после чего пуансон 1 внедряется в заготовку.

При этом в жидкости, находящейсяв полости создается давление, под действием которого заготовка приобретаетформу пуансона [45].Процесс гидростатической вытяжки (рисунок 1.3, б) заключается вдеформировании жидкостным пуансоном в жесткую матрицу.Заготовка 2размещается на жесткой матрице 3, фиксируется прижимом 1 и подвергаетсявоздействиюжидкости.Поддействиемдавленияжидкостизаготовкапластически деформируется и приобретает форму матрицы [45].Рисунок 1.3 – Принципиальные схемы гидравлической вытяжки:а – гидромеханическая вытяжка, б – гидростатическая вытяжка: 1 – пуансон;2 – прижим; 3 – листовая заготовка; 4 – матрица; 5 – кольцевое уплотнениеДаннымиметодамиможнополучатьконические,сферические,параболические и др. детали из сталей и сплавов, в том числе высокопрочныхматериалов, сплавов с низкими показателями пластичности и материалов,склонных к схватыванию с материалом инструмента.

Получаемые деталиобычно среднего размера, до 200 – 500 мм в плане и толщиной от 0.2 – 0.8 мм до10 мм [45, 94]. Степень вытяжки для данного метода находится в пределах = з ⁄ = (2.2 ÷ 2.7)длягидромеханическойвытяжки = з ⁄ = (1.5 ÷ 2.4) для гидростатической вытяжки [94, 59].[45,102]и18Метод обладает следующими недостатками. Течение материала фланцазаготовки неравномерно, что приводит к выраженной разнотолщинности стенокдетали и утонению фланца [45, 60]. Процесс гидростатической вытяжкихарактеризуется неустойчивым равновесием заготовки в процессе вытяжки исползанием ее набок при нарушении осевой симметрии, так как между жидкиминструментом и заготовкой отсутствует трение [127].вытяжкаподверженасползаниюзаготовкивГидромеханическаяменьшейстепени,нохарактеризуется значительным утонением в куполе вытяжке [94] и требуетдополнительного уплотнения стыка «заготовка – зеркало штампа».Методы изготовления деталей под действием давления жидкости находятограниченноеприменениевпромышленности.Болеераспространенодеформирование листовых заготовок под действием давления эластичной средыили давления жидкой среды, сообщаемого через эластичную мембрану.1.1.4.

Квазистатическая вытяжка эластичными средамиВытяжку и формовку эластичной средой проводят либо штамповкойэластичной матрицей по жесткому пуансону, либо штамповкой эластичнымпуансоном по жесткой матрице [48].Схема квазистатической вытяжки в жесткую матрицу представлена нарисунке 1.4.

Универсальный штамп состоит из контейнера 1, внутри которогоразмешается эластичный блок 2. Форма изделия определяется матрицей 4.Ползун пресса создает давление эластичной среды на заготовку 3 и деформируетее по форме матрицы 4 [61]. Меняя шаблоны в пределах размеров контейнераможно получать различные детали.Квазистатической вытяжкой эластичными средами можно получать деталис габаритами в диапазоне от 20 до 300 мм из алюминия, стали, титана, магниевыхи других сплавов толщиной от 0.02 – 0.05 мм; степень вытяжки находится впределах = з ⁄ = (1.5 ÷ 2.2) в зависимости от формы детали [39, 102].19К положительным особенностям метода относят высокую равномерностьприлагаемых к заготовке деформируемых давлений, а также быстрый переход отпроизводства одного вида продукции к другому за счет универсальностиинструмента[60].Использованиеинструментаизполиуретанатакжепредохраняет поверхность металла от механических повреждений [86].Рисунок 1.4 – Схема квазистатической вытяжки полиуретаном в жесткуюматрицу: 1 – контейнер; 2 – эластичный блок (полиуретан); 3 – листовая заготовка;4 – матрицаПрименение полиуретана позволяет сократить стоимость штампа в 5-6 разпо сравнению с металлическим штампом, однако инструмент из эластичнойсреды является также главным ограничителем технологических возможностейметода.