Технология обработки конструкционных материалов (стр. 27 из 35)
Вырубку и пробивку осуществляют металлическими пуансоном и матрицей. Пуансон вдавливает часть заготовки в отверстие матрицы. Схема процессов вырубки и пробивки представлена на рис.15.6.
Основным технологическим параметром операций является радиальный зазор между пуансоном и матрицей
. Зазор назначают в зависимости от толщины 
и механических свойств заготовки, он приближенно составляет 
. При вырубке размеры отверстия матрицы равны размерам изделия, а размеры пуансона на 
меньше их. При пробивке размер пуансона равен размерам отверстия, а размеры матрицы на больше их.
Рис.15.6. Схема процессов вырубки (а) и пробивки (б)
1 - пуансон, 2 - матрица, 3 - изделие, 4 - отход
Уменьшение усилия резания достигается выполнением скоса на матрице при вырубке, на пуансоне - при пробивке.
При штамповке мало - и среднегабаритных деталей из одной листовой заготовки вырубают несколько плоских заготовок для штамповки. Между смежными контурами вырубаемых заготовок оставляют перемычки шириной, примерно равной толщине заготовки. В отдельных случаях смежные заготовки вырубают без перемычек (экономия металла при ухудшении качества среза и снижении стойкости инструмента).
Расположение контуров смежных вырубаемых заготовок на листовом материале называется раскроем. Часть заготовки, оставшаяся после вырубки - высечкой.
Высечка составляет основной отход при листовой штамповке. Тип раскроя следует выбирать из условия уменьшения отхода металла в высечку (рис.15.7).
Рис.15.7. Примеры раскроя материала с перемычками (а) и без перемычек (б)
Экономия металла может быть получена: уменьшением расхода металла на перемычки, применением безотходного и малоотходного раскроя, повышением точности расчета размеров заготовки и уменьшением припусков на обрезку.
Холодная штамповка (продолжение)
Формообразование заготовок из порошковых материалов
Листовая штамповка
Формообразующие операции листовой штамповки
При формообразующих операциях стремятся получить заданную величину деформации, чтобы заготовка приобрела требуемую форму.
Основные формообразующие операции: гибка, вытяжка, отбортовка, обжим, раздача, рельефная формовка. Схемы формообразующих операций представлены на рис.16.1.
Рис.16.1. Формообразующие операции листовой штамповки
Гибка - образование угла между частями заготовки или придание заготовке криволинейной формы.
При гибке пластически деформируется только участок заготовки в зоне контакта с пуансоном 1 (рис.16.1. а): наружные слои заготовки растягиваются, а внутренние - сжимаются. Деформация растяжения наружных слоев и сжатия внутренних увеличивается с уменьшением радиуса скругления рабочего торца пуансона, при этом возрастает вероятность образования трещин. Поэтому минимальный радиус пуансона ограничивается величиной в пределах 0.1…2,0 от толщины заготовки, в зависимости от механических свойств материала.
При снятии нагрузки растянутые слои заготовки упруго сжимаются, а сжатые - растягиваются, что приводит к изменению угла гибки
, т.е. к пружинению детали. Это следует учитывать или уменьшением угла инструмента на величину пружинения, или применением в конце рабочего хода дополнительного усилия.Гибку производят в штампах, а также вращающимися фигурными роликами, играющими роль матрицы, на профилегибочных станах.
Вытяжка - образование полого изделия из плоской или полой заготовки (рис.16.1. б).
Вырубленную заготовку диаметром
и толщиной 
укладывают на плоскость матрицы 3. Пуансон 1 надавливает на заготовку и она, смещаясь в отверстие матрицы, образует стенки вытянутой детали диаметром 
.Формоизменение при вытяжке оценивают коэффициентом вытяжки
, который в зависимости от механических характеристик металла и условий вытяжки не должен превышать 2,1.При
, возможны потеря устойчивости фланца и образование складок при вытяжке. Их предотвращают прижимом 2 фланца заготовки к матрице с определенным усилием 
.Высокие детали малого диаметра получают за несколько операций вытяжки с постепенным уменьшением диаметра D полуфабриката и увеличением его высоты (рис.16.1. в). При последующих переходах для предотвращения разрушения металла принимают
Промежуточный отжиг для устранения наклепа позволяет увеличить
до 1,4…1,6.Опасность разрушения заготовок устраняют применением смазочных материалов для уменьшения сил трения между поверхностями заготовок и инструмента.
При вытяжке зазор между матрицей и пуансоном составляет
.Отбортовка - получение борта диаметром
путем вдавливания центральной части заготовки с предварительно пробитым отверстием 
в матрицу (рис.16.1. г).Формоизменение оценивают коэффициентом отбортовки
,который зависит от механических характеристик металла заготовки и ее относительной толщины
. Большее увеличение диаметра можно получить, если заготовку отжечь перед отбортовкой или изготовить отверстие резанием, создающим меньшее упрочнение у края отверстия.Отбортовку применяют для изготовления кольцевых деталей с фланцами и для образования уступов в деталях для нарезания резьбы, сварки, а также для увеличения жесткости конструкции при малой массе.
Выделяется отбортовка наружного контура - образование невысоких бортов по наружному криволинейному краю заготовки.
Обжим - уменьшение периметра поперечного сечения концевой части полой заготовки.
Производится заталкиванием заготовки в сужающуюся полость матрицы (рис.16.1. д). За один переход можно получить
. Для большего формоизменения выполняют несколько последовательных операций обжима.Раздача - увеличение периметра поперечного сечения концевой части полой заготовки коническим пуансоном; это операция противоположная обжиму.
Рельефная формовка - местное деформирование заготовки с целью образования рельефа в результате уменьшения толщины заготовки (рис.16.1. е).
Формовкой получают конструкционные выступы и впадины, ребра жесткости, лабиринтные уплотнения.
Штампы для листовой штамповки делятся по технологическому признаку в зависимости от выполняемой операции: вырубные, гибочные, вытяжные и т.д. В зависимости от числа выполняемых операций различают одно - и многооперационные штампы. Многооперационные штампы бывают последовательного действия, в которых операции выполняются последовательно при перемещении заготовки по нескольким рабочим позициям штампа, и совмещенного действия, в которых операции выполняются на одной позиции, например, одновременно вырубка и пробивка, вырубка и вытяжка и т.д.
В настоящее время применяют специальные конструкции штампов, в которых металлические пуансоны или матрицы отсутствуют, и давление на материал осуществляется при помощи резины, жидкости или сжатого воздуха (рис.16.2). При этом резина или жидкость легко удаляются из штампованной детали, а матрица должна быть разъемной.
При изготовлении небольших по глубине изделий пуансон заменяет резиновая подушка (рис.16.2. а). С помощью резины можно осуществлять все операции: вырубку, гибку, вытяжку, формовку. Матрица 3 крепится к столу, а резиновая подушка, помещенная в стальную обойму 1, крепится к ходовой части пресса (толщина заготовки 2 - до 1,5 мм).
Рис.16.2. Схемы листовой штамповки при помощи эластичной среды и жидкости
Резиновые пуансоны цилиндрической формы применяются при вытяжке изделий сложной формы, при необходимости увеличения диаметральных размеров средней части цилиндрических полуфабрикатов (рис.16.2. б).
При гидравлической вытяжке (рис.16.2. в) полые детали цилиндрической, конической, сферической или другой формы получают надавливанием на заготовку жидкостью или жидкостью, заключенной в эластичную оболочку.
Высокоскоростные методы штамповки
Особенностью таких методов является высокая скорость деформирования в соответствии с высокими скоростями преобразования энергии. Кратковременное приложение больших усилий разгоняет заготовку до скоростей 150 м/с. Последующее ее деформирование происходит за счет накопленной в период разгона кинетической энергии. Основными разновидностями высокоскоростной листовой штамповки являются: штамповка взрывом, электрогидравлическая и электромагнитная штамповка (рис.16.3).