Изготовление деталей РЭС методами порошковой металлургии и давлением (стр. 2 из 4)

Операции технологических процессов холодной обработки давлением отличаются простотой и не требуют исполнителей высокой квалификации, вместе с тем детали отличаются высокой точностью и стабильностью геометрических размеров.

Основным содержанием всех способов обработки давлением является процесс деформирования металла заготовки. Технологические процессы обработки давлением основаны на использовании двух видов деформации - пластической и разрушения. Не все металлы и их сплавы хорошо поддаются обработке давлением. Способность их подвергаться холодной обработке давлением определяется пластичностью металла. Чем выше пластичность металла, тем лучше его обрабатываемость давлением.

Процесс пластического деформирования характеризуется напряженным состоянием материала и сопровождается взаимным перемещением отдельных частиц, а также объемов массы заготовки без нарушения сплошности. Кроме изменения формы и размеров, процесс пластического деформирования сопровождается изменением физико-механических свойств металла заготовки - повышения прочности и твердости, снижения пластичности и повышения хрупкости. Процесс упрочнения металла при пластическом деформировании называют наклепом.

Пластические свойства возвращаются металлу благодаря специальной термической обработке - нагреву металла до температуры, составляющей (0,3 - 0,5) Т_п, где Т_п - температура плавления сплава.

В зависимости от характера деформирования и конструкции штампов, которые определяются типом штампуемой заготовки, холодную обработку давлением подразделяют на объемную штамповку и листовую, называемую холодной листовой штамповкой. Метод холодной листовой штамповки получил наибольшее распространение при изготовлении различных деталей РЭС.

2.2.Холодная листовая штамповка

В качестве исходного материала при изготовлении деталей используют листы или ленты определенного размера и толщины.

Для характеристики металлов, обрабатываемых холодной листовой штамповкой, служат параметры: предел прочности σ_в,предел текучести σ_0,2, предел прочности на срез σ_ср и пластичность δ.

В производстве деталей РЭС применяют прокат из стали, титана и сплавов цветных металлов на основе алюминия, меди нижеперечисленных марок.

Прокат тонколистовой холоднокатаный из малоуглеродистой качественной стали марок 08, 08 кп, 10, 10 кп толщиной 0,5 - 3,0 мм, ширина и длина листов регламентируются ГОСТ 19904.

Прокат тонколистовой из конструкционных низколегированных сталей 14Г2, 09Г2, 12ГС и других марок толщиной 0,5 - 3,5 мм.

Тонколистовая коррозионно-стойкая сталь толщиной 0,7 - 3,9 мм (ГОСТ 632) марок 08Х13, 12Х13, 12Х17, 12Х18Н9Т. Прокат из титановых сплавов марок В1-00, ВТ3-1, ВТ5, ВТ5-1.

Для изготовления корпусов гибридных интегральных микросхем применяется прокат сплавов марки 29НК (ковар), 47Н, 47НК.

Лента холоднокатаная из сталей 08, 08 кп, 10, 10 кп имеет толщину 0,05 - 4,0 мм и ширину 4 – 450 мм.

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 · Km₂ ≥ 0,8 S · Km₃ ≥ 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 зонеупругопластической 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.