Разработка технологического процесса изготовления корпуса масляного фильтра для автомобилей ВАЗ 2101-2106 (стр. 3 из 4)
Холодную штамповку листового материала производят за одну или несколько последовательных операций (разделительные и операции изменения формы).
К разделительным операциям относят резку, вырубку по контуру и другие, при которых часть металла отделяется от заготовки.
К операции изменения формы относят гибку, вытяжку и др.
При холодной штамповке исходным материалом являются заготовки толщиной от нескольких сотых долеё миллиметра до 5 ― 6 мм в виде ленты, полос и листов из цветных металлов и сплавов, малоглеродистой и легированной стали и др. Заготовки толщиной более 5 ― 6 мм штампуют обычно в горячем состоянии.
Резку листового металла производят ножницами или на прессах при помощи отрезных штампов.
2. 5. 1. Выбор материала
При выборе материала для изготовления какого-либо штампованного изделия необходимо учитывать следующее:
1) механическую прочность, твёрдость, ударную вязкость;
2) сопротивляемость коррозии;
3) теплопроводность и теплостойкость;
4) электро- и магнитопроводность;
5) вес;
6) износоустойчивость и долговечность.
Технологические свойства металла, в свою очередь, зависят от механических свойств, химического состава, структуры и величины зерна, направления волокон при прокатке, термообработки, степени деформации.
Для изготовления корпуса масляного фильтра используется сталь 08Юпс (спокойная сталь, раскисленная алюминием), так как именно она никак лучше подходит для изготовления такой формы детали.
2. 5. 2. Резка и раскрой материала
После того, как прокатали листы, на них надо расположить вырубаемые детали, так чтобы максимально сэкономить материал.
В штамповочном производстве экономия материала во многом определяется раскроем ― целесообразным расположением деталей на заготовке. Особо важное значение экономии металла объясняется тем, что стоимость материала составляет 60 ― 80 % от общей стоимости изделия, в то время как стоимость заработной платы обычно составляет 5 ― 15 %. Если учесть, что в среднем отходы при листовой штамповке составляют 30 ― 40 %, то каждый процент уменьшения отходов даёт возможность уменьшить себестоимость деталей на 0,4 ― 0,5 %.
Вырубку круглых деталей можно производить в один, два и несколько рядов при параллельном и шахматном расположении их. При шахматном раскрое экономия увеличивается за счёт сближения рядов.
2. 5. 3. Определение размеров заготовки при вытяжке
Для определения размеров заготовки при вытяжке исходят из основного законна обработки давлением: вес (G) и объём (V) материала до вытяжки ― заготовки должен быть равен весу (G′) и объёму (V′) материала после вытяжки ― готового изделия.
Для определения размеров плоской заготовки при вытяжке полых тел существует пять методов:
Аналитические методы: метод равенства поверхностей; метод равенства объёмов; метод равенства весов.
Графические методы: графо-аналитический метод; графический метод.
Для определения размеров заготовки будущего корпуса масляного фильтра для автомобилей ВАЗ 2101-2106, необходимо использовать метод равенства объёмов, так как толщина боковых стенок отличается от толщины дна и исходной заготовки (т. к. s' ≠ sиF’ ≠ F).
Рис. 4. Схема разбивки цилиндрического изделия на элементы при расчёте размеров заготовки: а ― изделие; б ― заготовка; в ― элементы изделия
При вытяжке полого цилиндра, у которого дно и боковые стенки имеют различную толщину и условно сопряжены под прямым углом (рис. 4, при s’ < s), исходя из условия равенства объёмов V’ = V, имеем
,откуда
. 
Итак, диаметр заготовки будет равен 241,7 мм.
2. 5. 4. Вытяжка
Вытяжкой называется процесс превращения плоской лил полой заготовки в открытое сверху полое изделие, осуществляемый при помощи вытяжных штампов (рис. 5, а).
Рис. 5. Штамп для вытяжки листового металла
Радиус закругления рабочей грани матрицы 3 обеспечивает плавность превращения круглой листовой заготовки в колпачок. При вытяжке изделий пуансоном 1 плоская часть заготовки (фланец) может свёртываться с образованием складок. Для предотвращения этого явления применяют прижимы 2.
При вытяжки за один проход можно получить колпачок диаметром в 1,8 ― 2 раза меньше диаметра исходной заготовки. При большей деформации усилие вытяжки возрастает настолько, что металл разрушается (отрывается дно колпачка). Дальнейшее уменьшение диаметра колпачка достигается последующими вытяжками (рис. 5, б).
При холодной листовой штамповке толщина обрабатываемого металла практически остаётся почти неизменной. Исключение составляют вытяжки с большими степенями деформации. В этом случае толщина колпачка около дна уменьшается примерно на 20 ― 30 % толщины заготовки. Зазор между пуансоном и матрицей должен быть равен величине, большей на 10 % толщины заготовки. При штамповке с утонением стенок зазор между пуансоном и матрицей меньше толщины листа.
Для холодной листовой штамповки применяют кривошипные прессы, гидравлические прессы, пневматические прессы, а также пресс-автоматы.
2. 5. 5. Вытяжка с утонением (протяжка)
Вытяжку с утонением применяют при изготовлении цилиндрических деталей глубиной до 10 диаметров. Этот способ позволяет получить детали, имеющие относительно точные размеры и высокие прочностные свойства. Возможность формоизменения за одну операцию ограничены разрушением стенки по выходе из матрицы, требуемой точностью полуфабрикатов, работоспособностью смазочного покрытия, тепловыделением в очаге деформации и другими факторами.
Формоизменение заготовки
При вытяжке с утонением в матрицу диаметром Dn+1 устанавливают полую заготовку диаметром Dn. Пуансон диаметром dn+1 входит в заготовку толщиной sn с небольшим зазором и в процессе выполнения операции проталкивает её через одну или несколько (от двух до пяти) матриц, расположенных одна под другой соосно с пуансоном. Диаметры последовательно уменьшающихся рабочих частей матриц меньше наружного диаметра заготовки. Соответственно уменьшающийся зазор между пуансоном и матрицей меньше толщины sn стенки заготовки. Следовательно, при вытяжке уменьшается как диаметр, так и толщина стенки и одновременно увеличивается длина вытягиваемой детали. Вытянутая таким образом деталь плотно прилегает к поверхности пуансона. При обратном ходе пуансона деталь упирается в выходной скат матрицы или съёмник и снимается с пуансона.
Как видно из рис. 6, элементарные силы трения в очаге деформации между пуансоном μпσп и матрицей μмσм имеют различные направления. Поскольку заготовка смещается относительно матрицы в направлении движения пуансона,
Рис. 6. Схема напряжений, действующих в очаг деформации
силы трения, действующие на наружной поверхности заготовки, имеют направление, обратное движению пуансона. Удлинение заготовки при утонении приводит к тому, что в очаге деформации она скользит вверх по пуансону, а силы трения на внутренней поверхности заготовки действуют в направлении движения пуансона.
Силы трения на наружной поверхности заготовки способствуют увеличению растягивающих напряжений σx, действующих в стенках протянутой части заготовки, а силы трения на внутренней поверхности заготовки как бы разгружают опасное сечение уменьшая растягивающие напряжения в стенках протянутой части заготовки. Эта особенность вытяжки с утонением и является основной причиной сравнительно больших допустимых деформаций и значительного приращения относительной высоты заготовки за один переход.
Заготовки для вытяжки с утонением
Заготовки для вытяжки могут быть (рис. 7) получены комбинированной вытяжкой (рис. 7, 1), обратным и прямым выдавливанием (рис. 7, 2), прямым выдавливанием (рис. 7, 3), реже горячей штамповкой с последующей механической обработкой (рис. 7, 4).
Рис. 7. Типы заготовок
На заготовках не допускаются дефекты, не поддающиеся исправлению, ― грубые забоины, надрывы, запрессовка, расслоение металла, плены и др.
Форма деталей при вытяжке с утонением
Наиболее часто вытяжку с утонением используют для получения деталей (полуфабрикатов) 1 (рис. 8), имеющих наружную поверхность цилиндрическую, а внутреннюю ― коническую. Возможно получение деталей
