Технологические операции листовой штамповки и применяемые штампы

Технологические операции листовой штамповки можно разде­лить на две группы: разделительные (отрезка, вырубка, пробивка, надрезка, отрезка) и формоизменяющие (гибка, вытяжка, обжим, формовка и др.).

Рис. II. 17. Детали, получаемые холодной формовкой.

1. Отрезку используют для получения полос и листовых загото­вок. Отрезку производят ножами на приводных параллельных, гильотинных или дисковых ножницах, а также на прессах с помощью штампов.

Ножницы с параллельным расположением режущих кромок ножей применяются только для резки тонкого материала. В гильо­тинных ножницах режущие кромки ножей 2 и 5 (рис. III. 18, a) с целью уменьшения усилия резания наклонены один к другому под углом створа. Необходимая ширина заготовки 3 устанавли­вается по упору 4. Перед началом отрезки разрезаемый лист закрепляется прижимом 1.

На дисковых ножницах листовой материал подается и разре­зается на части вращающимися дисковыми ножами (рис. III. 18, б). Рез может быть прямолинейным и криволинейным.

Для получения качественной поверхности среза зазор между режущими кромками ножей должен составлять 3...5 % от тол­щины разрезаемого материала.

2. Вырубка (вырезка) и пробивка представляют собой реза­ние по замкнутому контуру и отличаются только назначением. При вырубке деталь 9 (рис. III. 18, e) отделяется от заготовки 8, а при пробивке в детали 9 (рис. III. 18, г) образуется сквозное от­верстие с удалением части материала 10 в отход. При этом пуан­сон 7 и матрица 6 работают как ножи замкнутой формы. Для полу­чения чистой поверхности среза рабочие кромки пуансона и матри­цы должны быть острыми, а также необходимо выдержать опре­деленный зазор между пуансоном и отверстием матрицы. Вели­чина зазора зависит от свойств штампуемого материала, толщины листа и требований, предъявляемых к поверхности среза. Усилия вырубки и пробивки прямо пропорциональны периметру среза, толщине листа и пределу прочности штампуемого материала.

Разновидностями пробивки являются надрезка с целью обра­зования в штампованных деталях язычков, лапок и т. п. (рис. III. 18, д), а также обрезка неровных краев у полых деталей после вытяж­ки, отбортовки.

Рис. III. 18. Разделительные операции листовой штамповки.

3. Штампы для вырубки и пробивки могут быть простого дей­ствия, на которых выполняют только одну операцию, и многоопера­ционные.

На рис. III. 19 показан многооперационный штамп последова­тельного действия для изготовления шайб из полосы. В нем за один ход ползуна выполняются две операции: пробивка отверстия одной детали и вырубка контура другой. Нижняя плита штампа 8 бол­тами крепится к столу, а верхняя плита 1 с помощью хвостовика 2 — к ползуну пресса. На нижней плите в матрице-держателе 9 установлены матрицы 11, а на них—две направляющие линейки 14 и съемник 3. На верхней плите с помощью пуансонодержателя 4 закреплены пуансоны 5 и 6. Точное направление рабочих деталей штампа обеспечивается направляющими колонками 13, закреплен­ными в нижней плите, и направляющими втулками 12. Процесс штамповки осуществляется следующим образом: полоса 7 подается в зазор под съемник. Когда верхняя часть штампа опускается, вы­рубной 5 и пробивной 6 пуансоны одновременно входят в соответ­ствующие матрицы 11 и выполняют сразу обе операции: вырубку и пробивку. При этом полоса плотно садится на пуансоны и при подъеме их съемником 3 сбрасывается с них. Перед последующим ударом полоса подается вперед до упора 10. В многооперационных штампах наряду с пробивкой и вырубкой выполняют также опера­ции гибки, вытяжки, отбортовку, обрезку.

В мелкосерийном производстве широко применяются универ­сальные переналаживаемые штампы со сменными пуансонами и мат­рицами, изменяя наладку которых можно изготовлять разные детали.

Рис. III. 19. Штамп последовательного действия для пробивки и вырубки.

4. Гибка — одна из наиболее распространенных формоизменя­ющих операций холодной штамповки. Она характеризуется узким участком деформации в месте контакта с пуансоном, на котором расположенные внутри угла гибки волокна сжимаются, а наруж­ные — растягиваются. Поэтому длина заготовки для деталей, по­лучаемых гибкой, рассчитывается по средней линии.

При гибке деталь пружинит (частично восстанавливает форму после снятия нагрузки), что требует корректировки размеров штампа или последующей калибровки. Угол пружинения зависит от свойств материала, его толщины и отношения радиуса гибки к толщине листа и для разных сталей находится в пределах 1...8⁰.

Минимальный внутренний радиус гибки — 0, 1...2 толщины листо­вого материала.

Гибочные работы отличаются большим разнообразием (рис. III. 20, a) при большом разнообразии конструкций штампов. На рис. III. 20, б показана схема гибки втулок. Сначала происходит предварительная гибка заготовки между матрицей 1 и оправкой 2. Затем подвижная полуматрица 3 формует левую, а неподвижная полуматрица 4 — правую полки заготовки. При нижнем положе­нии ползуна пресса втулка окончательно обжимается, полуматри- цами на оправке.

5. Вытяжка — получение полой детали замкнутого контура из плоской листовой заготовки. Вытяжкой можно получать детали из листа толщиной 0, 02...30 мм и с размерами от десятых долей миллиметра до нескольких метров: кузова легковых автомобилей, посуду, гильзы, колпачки, коробчатые детали и т. п. (рис. III. 21, a). При отношении высоты детали к диаметру h/d (для цилиндрических деталей) менее 0, 6 возможна вытяжка за один проход, при больших значениях h/d число проходов также возрастает (при h/d = 12 их надо 6). Отношение внешнего диаметра детали 5 (рис. III. 21, б) к диаметру заготовки 1 называется коэффициентом вытяжки. Для первого прохода его принимают 0, 5...0, 6, а для последующих 0, 7...0, 8. При изготовлении деталей типа тел вращения заготовка имеет форму круга. Диаметр заготовки рассчитывается, исходя из равенства поверхностей: D = 1, 13(å M)^{0, 5}, где å M — сумма элемен­тарных поверхностей M_l, М₂,..., составляющих вытягиваемую деталь.

Рис. III. 20. Детали, получаемые гибкой, и схема набивки втулки.

Различают вытяжку без утонения стенок и с утонением.

Вытяжкой без утонения стенок получают полую деталь из листа без изменения его толщины. Она может быть прямая и обрат­ная. При прямой вытяжке из плоской заготовки 1 (рис. III. 21, в) цилиндрической полой детали пуансон 3 при рабочем ходе протал­кивает заготовку 1 в матрицу 2, превращая ее в полый колпачок. Заготовка прижимается к матрице 2 прижимным кольцом (складко-держателем) 4, которое предотвращает образование складок и мо­жет работать от пружины, резины, пневмо- или гидросистемы. Дав­ление прижима составляет 1...3 МПа. При обратном ходе пуансона нижний край матрицы действует как съемник. В месте А все-таки происходит утонение стенки, величина которого находится в пре­делах 10...25 %. Зазор между пуансоном и матрицей составляет обычно 1, 2... 1, 3, а для окончательного перехода— 1, 1 от толщины листа.

Обратная вытяжка применяется для получения деталей с двой­ной стенкой при объединении двух вытяжных операций в одну. На рис. III. 21, г приведена схема обратной вытяжки для получения деталей с двойной стенкой и высоких деталей. Заготовка устанав­ливается на матрице 2 и прижимается складкодержателем 4. В на­чале рабочего хода ползуна пуансон-матрица 6 вытягивает в мат­рице 2 колпачок большого диаметра, а затем пуансон 7 превращает его в деталь. В зависимости от длины хода пуансон-матрицы мо­жет быть получена деталь с одной или с двойной стенкой.

Рис. III. 21. Детали, получаемые вытяжкой, и ее виды.

Вытяжка с утонением применяется как дополнительная опе­рация для увеличения длины вытянутой детали за счет утонения боковых стенок. Это достигается тем, что зазор между пуансоном и матрицей выбирается меньшим толщины стенки исходной за­готовки, а рабочее отверстие матрицы — коническое, При рабочем ходе ползуна пуансон 8 (рис. III. 21, д) проталкивает заготовку в виде колпачка через одну или две матрицы 2. Непосредственно за матрицей установлен съемник 9 с подвижными кулачками, которые охватывают пуансон. При обратном ходе пуансона деталь упирает­ся в съемник и снимается с пуансона. Допустимое уменьшение тол­щины стенок за один переход составляет 40...60 %.

6. Формовка — общее название операций, характеризуемых местным изменением формы заготовки. К ним относятся: обжим, рельефная формовка, разбортовка и другие.

Обжим — местное уменьшение поперечного сечения полых де­талей или труб. Штамп для обжима состоит из подвижной или не­подвижной матрицы 1 (рис. III. 22, a) и втулки 2. Обжим за один переход составляет 20...30 %.

Рельефная формовка осуществляется местным растяжением ма­териала и применяется для придания жесткости детали, выдавли­вания выступов, упоров, фиксаторов, гофрирования мембран (рис. III. 22. б).

Формовка растяжением (выпучивание) — процесс получения полых деталей типа фасонных колпачков, сильфонов растяжением трубчатых заготовок в штампах с раздвигаемыми жидкостными или резиновыми пуансонами 3 (рис. III. 22, в) и разъемными матрицами 4.

Разбортовка — образование борта в заготовке с отверстием (рис. III. 22, г). Она может производиться с утонением и без утонения стенок. При разбортовке мелких отверстий стремятся совмещать ее с пробивкой.