white line white line
Заявки на оборудование просьба присылать в технический отдел на e-mail info@ence.ch, тел. +7 (495) 225 57 86
white line white line

Основы теории технологических процессов листовой, объемной штамповки, ковки

Разделительные операции

Резка листового металла на ножницах

Для холодной листовой штамповки листовые металлы с помощью ножниц предварительно разрезают на заготовки необходимых размеров. Основными типами ножниц (рис. 1.1) являются: ножницы с параллельными ножами (рис. 1.1а); ножницы с наклонными ножами (рис. 1.1б); дисковые (рис. 1.1в); вибрационные (рис. 1.1г). Первый тип ножниц используется для резки узких и толстых полос и неметаллов. Ножницы с наклонными ножами (гильотинные) - для резки металлических листов. Для резки рулонного металла и обрезки кромок лент применяют дисковые ножницы. Вибрационные ножницы для получения штучных заготовок криволинейной формы.

В процессе резки (рис. 1.2) заготовка, толщиной S0, подвергается воздействию верхнего и нижнего ножей, при этом на заготовку действует сила P. Под действием момента, образованного парой сил, заготовка начинает поворачиваться и давит на боковую поверхность ножей, вследствие чего возникает сила бокового давления Т. Верхний нож, внедряясь в заготовку на величину h, вызывает появление скалывающих трещин, направленных под углом 0° к вертикальной плоскости. При правильно выбранной величине зазора z=(0,05-0,10)S0 скалывающие трещины со стороны верхнего и нижнего ножей совпадают, образуя поверхность разделения. Величину внедрения ножей можно определить по формуле h=yS0, где у=F0/Fm - величина относительного сужения, найденная из опытов на растяжение; F0, Fm - соответственно, начальная площадь и площадь поперечного сечения образца в момент образования шейки. Глубина внедрения h до появления трещин колеблется от 0,1 до 0,5 толщины заготовки, увеличиваясь с увеличением пластичности металла.

Резка листового металла на ножницах
Рис.1.1
Резка листового металла на ножницах
Рис.1.2

При резке выделяют три основные стадии процесса: упругих деформаций, пластических деформаций и скалывания. Продолжительность стадий зависит от пластичности штампуемого металла, состояния поверхности инструмента и скорости деформации. В соответствии с этими стадиями происходит изменение силы деформации Р (рис. 1.3а) по длине пути Н: на первой стадии - медленное нарастание силы (смятие и образование очага деформации); на второй - значительный рост (сдвиговая деформация) до максимального значения; на третьей - быстрое падение силы вследствие скола. Анализируя соответствующие графики для различных типов ножниц (рис. 1.3б), можно отметить, что сила резки на ножницах с параллельными ножами (кривая 1) значительно выше, чем сила резки на гильотинных ножницах (кривая 2).

Резка листового металла на ножницах
Рис. 1.3

В табл. 1.1 приведены формулы для расчета энергосиловых параметров (силы P, работы деформации A и крутящего момента M) при резке металла на различных типах ножниц. Здесь к = 1,0...1,3 - коэффициент, учитывающий условия резки, X - коэффициент, зависящий от рода и толщины металла, X = 0,3-0,75.

Таблица 1.1
Резка листового металла на ножницах

Резка листового металла штампами

Основными операциями резания металла штампами являются вырубка и пробивка. Данные процессы можно представить в виде отделения одной части заготовки от другой по замкнутому контуру с помощью пуансона и матрицы (рис. 1.5а). При вырубке часть заготовки, которая остается на матрице, является отходом, а при пробивке та же часть заготовки является деталью.

Так же, как и при резке ножницами, процесс резки состоит из трех стадий: упругой, пластической и скалывания. При этом последовательно происходит упругий изгиб с вдавливанием по кольцевому пояску со стороны матрицы и пуансона, возникновение изгибающего момента (выпучивание) и образование трещин со стороны матрицы и пуансона.

Особенностью напряженно-деформированного состояния является различие схем напряженно-деформированного состояния в различных частях деформируемой заготовки (рис. 1.5б). Непосредственно под режущей кромкой пуансона создается напряженное состояние объемного сжатия, а над режущей кромкой матрицы - напряженное состояние с напряжениями радиального растяжения. Первое более благоприятно для пластического течения металла, а второе - менее благоприятно и способствует возникновению микротрещин в зоне резания. В центральной части заготовки схема напряженного состояния плоская и отсутствуют осевые сжимающие напряжения.

Резка листового металла штампами
Рис. 1.5

Большое влияние на деформацию металла и энергосиловые параметры оказывает выбор зазора z. При оптимальном зазоре z=(5 -10%)S0 поверхности сдвига и трещины со стороны пуансона совпадают с соответствующими трещинами со стороны матрицы. При малом зазоре и большой толщине металла от несовпадения трещин образуется кольцевая перемычка, которая перерезается с возникновением новых скалывающих трещин, и на детали образуется надрыв и двойной срез с протянутым заусенцем.

В случае очень большого зазора на поверхности образуются рваные заусенцы от затягивания и обрыва металла в зазоре. Полное сила деформации при вырубке (пробивке) может быть рассчитано по формуле

P=k·LA·S0·σср+Q

где LA - периметр контура детали; Q - сила прижима.

Сила пресса берется больше рассчитанного с учетом силы для проталкивания Рпр детали через матрицу и силы снятия Рсн полосы с пуансона.


Формоизменяющие операции

Гибка листового металла

Гибка - это технологическая операция листовой штамповки, в результате которой из плоской заготовки при помощи штампов получают изогнутую пространственную деталь. Различают одноугловую, двухугловую, многоугловую гибку, закатку и завивку (рис. 1.6).

Гибка листового металла
Рис. 1.6

Гибка листового металла
Рис. 1.7

При одноугловой гибке слои металла внутри угла изгиба (со стороны пуансона) сжимаются и укорачиваются в продольном и растягиваются в поперечном направлении (рис. 1.7).

Наружные слои (со стороны матрицы) растягиваются и удлиняются в продольном и сжимаются в поперечном направлениях. Между удлиненными и укороченными слоями находится нейтральный слой (н.с.), представляющий условную криволинейную поверхность, разделяющую слои сжатых и растянутых волокон. Радиус нейтрального слоя можно определить по формуле

ρi=kα(Ri+rB)/2

где kα - коэффициент утонения.

Последовательность процесса одноугловой гибки показана на рис. 1.8 и включает 3 стадии: упругого изгиба; упруго - пластического изгиба; калибровки. При этом происходит постепенное уменьшение радиуса кривизны и плеча изгиба (L1,L2,LK).

Гибка листового металла Гибка листового металла Гибка листового металла
Рис. 1.8

Немаловажными величинами, определяющими возможность осуществления листовой гибки, являются минимально допустимые радиусы гибки. Они должны соответствовать пластическим свойствам металла и не допускать образования трещин.


Вытяжка

Вытяжка - это технологическая операция ЛШ, заключающаяся в превращении плоской или полой заготовки в открытое сверху полое изделие замкнутого контура. По геометрической форме получаемых деталей выделяют вытяжку изделий осесимметричной, коробчатой и сложной несимметричной формы. Кроме того, различают вытяжку с прижимом и без прижима, а также с утонением и без утонения стенок.

Схема вытяжки без прижима приведена на рис. 1.15. Пуансон, воздействуя на центральную часть заготовки (рис. 1.15а), вызывает ее прогиб за счет создания изгибающего момента со стороны матрицы и пуансона. Дальнейшее опускание пуансона приводит к появлению радиальных растягивающих напряжений, достаточных для перевода фланцевой части заготовки в пластическое состояние. С этого момента начинается втягивание заготовки в матрицу с образованием боковых поверхностей вытягиваемого изделия при одновременном уменьшении диаметра заготовки. Действие радиальных растягивающих напряжений σρ приводит к тому, что во фланце в тангенциальном (широтном) направлении возникают сжимающие напряжения σθ. Совместное действие этих напряжений обеспечивает втягивание фланца в отверстие матрицы и получение изделия (рис. 1.15б).

Вытяжка
Рис. 1.15

За одну операцию вытяжки можно получить одну неглубокую деталь, т.к. при больших степенях вытяжки в опасных зонах (переход от фланца к стенке и от стенки к дну) величина радиальных растягивающих напряжений от может превышать максимальную σρmax , что приведет к отрыву фланца или дна от стенки детали.

Напряженно-деформированное состояние в исследуемых сечениях в случае вытяжки с прижимом представлено на рис. 1.16.

Сечение 1. Фланцевая часть находится под воздействием тангенциальных и осевых сжимающих напряжений и радиального растягивающего, то есть реализуется объемная схема напряженного и деформированного состояния. Без прижима осевые напряжения σz равны нулю.

Вытяжка
Рис. 1.16

Под воздействием такой схемы напряженно-деформированного состояния с наличием максимальной величины тангенциальных напряжений сжатия θmax) возможна потеря устойчивости фланцевой части заготовки и образование гофр (складок). Для предотвращения этого явления используется прижим или складкодержатель, при применении которого осевая деформация εz значительно уменьшается и стремится к нулю, что обеспечивает снижение складкообразования вследствие уменьшения толщины фланцевой части.

Сечение 2. В данном сечении перехода от фланца к цилиндрической части изделия реализуется сложная деформация, вызванная пространственным изгибом, наибольшим радиальным растяжением и незначительным тангенциальным сжатием. Действующие в этом сечении радиальные растягивающие напряжения являются максимальными и могут привести к отрыву фланцевой части заготовки, особенно при большой величине силы прижима Q.

Сечение 3. В стенке (цилиндрической части) полого изделия реализуется линейно-напряженное и плоско-деформированное состояние.

Сечение 4. Часть данного закругления изделия является наиболее опасным с точки зрения возникновения трещин сечением. Это вызвано действием объемной схемы напряжений двухосного растяжения и одноосного сжатия, под действием которых происходит значительное утонение стенок в этой части заготовки. Для предотвращения отрыва дна от стенок, что является следствием действия такой схемы н.д.с., необходимо, чтобы величина радиальных растягивающих напряжений не превышала σθmax.

Сечение 5. Дно изделия находится в плоско-напряженном и объемно- деформированном состоянии. На первом переходе вытяжки толщина металла практически не изменяется, а на последующих операциях дно значительно утоняется.

Таким образом, при вытяжке возникает разноименная схема напряженного и деформированного состояния. Следствием этого является различная толщина стенок изделия, что может привести к трем основным причинам брака при вытяжке: складкообразованию на фланцевой части заготовки, для предотвращения чего необходимо применять прижим; отрыву фланца от стенки заготовки; отрыву дна от стенки заготовки.

Для устранения последних двух видов брака необходимо назначать величину вытяжки по переходам с учетом минимально допустимых коэффициентов вытяжки. В противном случае величина растягивающих напряжений σρ. превысит максимальную σρmax и произойдет отрыв, причем чем выше сила прижима Q, тем более вероятен отрыв фланцевой части изделия.

Сила вытяжки

Для расчета силы вытяжки рекомендуется пользоваться обобщенной формулой:

Р=L·S·σρmax·k

где L - периметр детали; S - толщина; к - коэффициент, учитывающий форму детали; σρmax - максимальное радиальное напряжение.

Так как для всех случаев трудно учесть особенности процесса вытяжки изделий различной геометрической формы, предлагается на основе производственных и экспериментальных данных для определения силы использовать различные эмпирические коэффициенты. Например, для цилиндрических деталей с широким фланцем обобщенная формула запишется в виде

Р= π d·S·σ·k

где σ - предел прочности металла.

При расчете силы вытяжки высоких квадратных коробок на начальных операциях рекомендуется пользоваться последней формулой, а на последней операции следующей зависимостью:

P=(4B-1,72rK)·S·σ·kb

где В и rK - соответственно, ширина и радиус углового закругления коробки; кв - коэффициент.


Операции листовой формовки

Операции формовки и отбортовки

К основным операциям листовой формовки, изменяющим форму заготовки за счет местных деформаций, относятся рельефная формовка (формовка ребер жесткости и местных выступов), отбортовка, обжим и раздача.

Рельефная формовка - это операция листовой штамповки, которая служит для получения выпукло-вогнутого рельефа за счет местных локальных деформаций растяжений. Таким способом получают рисунки, ребра жесткости, которые увеличивают общую жесткость детали на 100-200 %, снижают пружинение (повышение точности), позволяют уменьшить требуемую толщину металла.

Процесс состоит из двух последовательных стадий (рис. 1.21) деформации кольцевого участка шириной R2-R1 с пластической деформацией дна выпуклости (рис. 1.21) и стадии пластической деформации смежного кольцевого участка шириной R3-R2.

Операции формовки и отбортовки
Рис. 1.21

При дальнейшем опускании пуансона происходит растяжение металла в зазоре между пуансоном и матрицей и образование разрыва.

Сила для формовки ребер жесткости можно рассчитать по формуле:

P=L·S·σ·kP

где kP - коэффициент, зависящий от ширины и глубины ребра.

Отбортовка - это операция получения горловины в плоской или пространственной заготовке за счет растяжения в тангенциальном направлении путем вдавливания в отверстие матрицы части заготовки с предварительно полученным отверстием. Различают два вида операции: отбортовку отверстий (внутреннюю) и отбортовку наружного контура (внешнюю).

Схема процесса отбортовки отверстий представлена на рис. 1.22. Отбортовка отверстий наиболее широко используется в штамповочном производстве. Ее применяют взамен операции вытяжки с последующей вырубкой дна и при изготовлении деталей с большим фланцем, когда вытяжка затруднительна и требует нескольких переходов.

При величине зазора между матрицей и пуансоном z более 1 отбортовку называют без утонения стенок, а при z менее 1 - с утонением стенок. Последняя применяется для штамповки деталей, имеющих отверстия с высокими цилиндрическими стенками и ее особенностью является большая устойчивость процесса деформации и отсутствие разрывов и трещин. Это объясняется более благоприятной схемой напряженного состояния с наличием значительных сжимающих напряжений.

Операции формовки и отбортовки
Рис. 1.22

Процесс деформации при отбортовке без утонения стенок характеризуется удлинением в тангенциальном направлении и уменьшением толщины материала.

В ходе формоизменения диаметральные размеры кольцевых элементов заготовки (рис. 1.22, б) увеличиваются, смещаются относительно пуансона и последовательно выходят в зазор между матрицей и пуансоном, формируя образующуюся горловину (борт). Элементы заготовки выходят на скругленную кромку пуансона, претерпевая изгиб, а затем, при сходе с нее - спрямление (рис. 1.22 б).

Часто при отбортовке на поверхности борта наблюдается образование кольцевой волны. Это объясняется тем, что силы, действующие на контактной поверхности по пуансону, и силы от действия напряжений σρ, образуют момент, стремящийся отогнуть сформированный участок борта и увеличить его диаметр. Наиболее эффективным способом устранения этого дефекта является увеличение радиуса скругления кромки пуансона. Например, при отбортовке сферическим пуансоном такой дефект исключается.


Процессы обжима и раздачи

Обжим (обжимка) - это операция листовой формовки, предназначенная для уменьшения поперечных размеров краевой части полых цилиндрических деталей (рис. 1.25). Применяется для изготовления деталей типа горловин и патронных гильз и проводится, как правило, с применением смазок.

В качестве разновидностей операции можно выделить обжим трубчатых сечений (редуцирование на ротационно-обжимных машинах) и обжим полых деталей, производимый вертикальным давлением на механических прессах.

Процессы обжима и раздачи
Рис. 1.25

При обжиме в конической матрице (рис. 1.25а) заготовка заталкивается в воронкообразную рабочую полость за счет перемещения траверсы пресса. Поперечные размеры кольцевых элементов заготовки уменьшаются, а толщина стенок - увеличивается. Аналогичным образом происходит формоизменение металла в матрице с криволинейной образующей (рис. 1.25б).

При формоизменение металла при обжиме в конической матрице, можно выделить четыре стадии деформирования: подгибку, деформацию на коническом участке матрицы за счет сил трения, свободный изгиб, спрямление элементов заготовки. В качестве особенностей напряженно-деформированного состояния можно отметить, что схема напряженно-деформированного состояния близка к плоской с действием двух сжимающих напряжений в радиальном σρ и тангенциальном σθ направлениях. Максимальные сжимающие напряжения σρmax, создаваемые в стенках заготовки силам заталкивания, действуют в недеформированной части, поэтому формоизменение ограничивается возможностью потери устойчивости в этой части заготовки с образованием кольцевой волны (складки).

Для предотвращения указанных выше дефектов необходим правильный выбор коэффициента деформации при обжиме (mоб=d/D) и его сопоставление с предельным mоб. Расчетный коэффициент при этом не должен превышать минимально-допустимый, который зависит от рода материала, относительной толщины, условий трения на контакте заготовки с инструментом и угла конусности матрицы. Рекомендуемые значения mоб. приведеныв табл. 1.2 для различных сплавов.

Таблица 1.2

Сплав Сталь 10, 20 Латунь АМгба Д16м
mоб 0,7-0,75 0,65-0,7 0,65-0,7 0,73-0,78

Сила обжима можно определить по формуле:

Р=π D·S0·σ·kоб

где kоб - коэффициент, зависящий от коэффициента обжима.


Раздача (растяжка) - это операция листовой формовки, предназначенная для увеличения краевой части полой цилиндрической заготовки (рис. 1.26).

Раздача (растяжка)
Рис. 1.26

К разновидностям данной операции относятся раздача коническим пуансоном, раздача резиновым пуансоном и раздача с помощью жидкости (гидравлическая).

Схема раздачи коническим пуансоном показана на рис. 1.26а. При этом в процессе формоизменения металла реализуются следующие стадии: упругое сжатие заготовки; свободный изгиб на входе в очаг деформации и пластическая деформация краевой части заготовки; контактное деформирование на коническом участке; свободный изгиб на выходе из очага деформации и формирование участка нового диаметра.

На рис. 1.26б показан график постадийного изменения силы раздачи в зависимости от перемещения пуансона.

Степень деформации оценивается коэффициентом раздачи

mр=d/D

На величину утонения оказывает влияние схема напряженно- деформированного состояния. При этом радиальные напряжения σρ по мере удаления от края заготовки возрастают и, являясь сжимающими, способствуют уменьшению утонения. А тангенциальные напряжения являются растягивающими и приводят к утонению. Первые при малых коэффициентах раздачи могут привести к потере устойчивости с образованием поперечных круговых волн в недеформированной части заготовки. Вторые при тех же условиях ведут к разрывам с образованием трещин в продольном направлении. В связи с этим необходимо не только правильно назначать коэффициенты раздачи по переходам, но и выбирать угол конусности пуансона в оптимальной области a = 15° - 25°.

Сила раздачи рассчитывается по формуле:

Р=π d·S·σ·kр

где kр - коэффициент, зависящий от коэффициента раздачи.



Основы теории технологических процессов ковки

Технологические процессы ковки состоят из ряда простых или сложных элементов: нагрев заготовки, формоизменяющие операции, отделочные операции, термообработка.

К основным операциям ковки относятся осадка (рис. 2.1), протяжка (рис. 2.2) и прошивка (рис. 2.3).

Осадка (рис. 2.1а) - одна из наиболее распространенных операций ковки. Она имеет следующие разновидности: осадку кольцевыми плитами (рис. 2.1б), применяемую при обработке заготовок больших размеров; высадку (рис. 2.1в), представляющую собой осадку на части длины заготовки и обкатку по диаметру (рис. 2.1г), использующуюся для устранения бочкооб- разования после осадки.

Протяжка плоскими бойками (рис. 2.2а) может видоизменяться за счет варьирования формы инструмента и назначения поковки. Так, разновидностями протяжки являются протяжка вырезными (рис. 2.2б), комбинированными (рис. 2.2в) бойками, раскатка на оправке (рис. 2.2г), при которой увеличивают внутренний и внешний диаметр заготовки за счет уменьшения толщины ее стенки, и протяжка на оправке (рис. 2.2д), применяемая для увеличения длины толстостенных заготовок.

ковка
Рис. 2.1

ковка
Рис. 2.2

ковка
Рис. 2.3

При использовании операции прошивки получают поковки с отверстием, причем в качестве разновидностей операции выделяют открытую (рис. 2.3а) и закрытую (рис. 2.3б) прошивку.

Получение поковок разнообразной формы и размеров требует применения и других операций ковки (рис. 2.4). Такими являются кузнечная гибка (рис. 2.4а), скручивание (рис. 2.4б), рубка (рис. 2.4в), передача (рис. 2.4г).

ковка
Рис. 2.4

К отделочным операциям ковки относят обрезку, правку, проглаживание и др. Так как базовыми элементами теории ковки являются анализ вышеперечисленных операций с позиций изменения формы очага деформации и силовой (энергетической) загрузки оборудования, приведем краткий анализ формоизменения и энергосиловых параметров для основных операций ковки.


Операция осадка и ее разновидности

Разновидности процесса осадки

Осадка - это кузнечная операция, предназначенная для увеличения поперечного сечения заготовки за счет уменьшения ее высоты. Применяется, как основная операция (формоизменяющая) для получения поковок заданной формы и размеров, как дополнительная операция для увеличения общей степени деформации при ликвидации литой структуры, анизотропии свойств и обеспечения соответствующего расположения волокон в будущей детали и как вспомогательная операция для определения реологических характеристик металлов и сплавов.

В качестве показателей деформации при осадке используются (рис. 2.5) относи тельная степень деформации εh=100·%(H0-H1)/H0, абсолютная - ΔH=H0-H1 и коэффициент укова по высоте У= H0/H1

осадка
Рис. 2.5

При анализе формоизменения металла при осадке в связи с различным его характером условно выделяют осадку высоких (H0/D0 больше 1) и низких (H0/D0 меньше 1) заготовок. Во избежание потери устойчивости и появления продольного изгиба, осадке в цеховых условиях подвергаются заготовки с отношением H0/D0 меньше 2,5.


Протяжка

Протяжка и ее разновидности

Протяжка - это кузнечная операция, в процессе которой производится удлинение заготовки или ее части за счет уменьшения площади поперечного сечения. Протяжку применяют как формоизменяющую операцию для получения поковок заданных форм и размеров и как вспомогательную для устранения внутренних пустот и улучшения механических свойств металла за счет разрушения литой структуры.

Протяжка в общем случае осуществляется путем последовательных обжимов заготовки (рис. 2.14) с кантовкой ее после каждого обжима. Два обжима с кантовкой называются «переходом». Для анализа данного процесса используются следующие показатели деформации: абсолютное обжатие ΔH=H0-H1; относительные деформации, соответственно, по высоте, ширине и длине

εh=(H0-H1)/H0
εb=(B0-B1)/B0
εL=(L1-a)/a

При построении технологического цикла протяжки необходимо учитывать, что на каждом обжиме должно выполняться условие H0/B0 менее 2-2,5, а выбор подачи и ширины бойков не должен приводить к вытеканию металла за боек и неконтролируемому формоизменению.

На рис. 2.15 представлены различные способы протяжки, применяемые при обработке металла в кузнечных цехах.

Протяжка
Рис. 2.14
Протяжка
Рис. 2.15

Способ протяжки по винтовой линии (рис. 2.15а), при котором после каждого обжатия следует кантовка в одну и ту же сторону, применяется для ковки твердых инструментальных сталей и уменьшает внутренние напряжения. Второй способ протяжки проводится с кантовкой в обе стороны (рис. 2.15б), при этом после каждого перехода следует подача, кантовка и очередной переход. Способ протяжки с кантовкой после прохода на всю длину (рис. 2.15в) применяется для мелких и средних по массе заготовок из углеродистых и легированных сталей.


Прошивка

Прошивка - это кузнечная операция, при помощи которой в заготовках получают глухие или сквозные полости. При использовании различных видов прошивки формоизменение металла существенно отличается.

Открытая прошивка (см. рис. 2.3а) применяется при D/d более 2, закрытая - при D/d менее 2. Особенностями формоизменения при открытой прошивке являются следующие: боковая поверхность свободна, исходная форма изменяется, при этом высота Н уменьшается, диаметр D неравномерно увеличивается, реализуется утяжка в месте входа прошивня, нижние края заготовки отстают от бойка.

При закрытой прошивке (рис. 2.3б) боковая поверхность ограничена матрицей и происходит увеличение высоты заготовки Н до величины Н1. Формоизменение металла идет по трем стадиям. На первой стадии при свободной прошивке осуществляется осадка и радиальная раздача заготовки. При этом под пуансоном реализуется схема напряженного состояния - трехосное неравномерное сжатие, а в кольцевой зоне участвуют тангенциальные растягивающие напряжения. На второй стадии поверхность заготовки контактирует с боковыми стенками инструмента и матрица заполняется металлом. Тангенциальные растягивающие напряжения в этот момент сменяются сжимающими (от действия реактивных сил боковых поверхностей матрицы). Третья стадия характеризуется обратным выдавливанием металла, при этом формирование стенок изделия осуществляется в зазоре между матрицей и пуансоном.



Процессы объемной штамповки

Штамповка в открытых штампах

На рис. 3.1 представлена схемы штамповки в открытых штампах. Верхняя половина штампа 1 перемещается под действием силы Р и давит на торцевые поверхности заготовки 5. Металл при этом деформируется в ручьях 6 штампа, образованного верхней 1 и нижней 2 половинами, и, заполняя его, вытекает в заусенечную канавку 3. Сформированная таким образом поковка 4 имеет по периметру заусенец (облой) 7. Для извлечения поковки из штампа служат штамповочные уклоны а, величина которых составляет 5°-10°.

Штамповка в открытых штампах
Рис. 3.1

Открытая штамповка характеризуется следующими факторами:

  1. Объем металла непостоянен. Следовательно, имеется часть металла, которая удаляется в отход. При этом должно соблюдаться условие
    VЗАГ=VП+VЗ
    где VЗАГ, VП, VЗ - соответственно, объемы заготовки, поковки и заусенца.
  2. Направление вытеснения металла перпендикулярно направлению движения штампа.
  3. Заусенец (облой) создает противодавление, которое, увеличивая гидростатическое давление в штампе, обеспечивает заполнение угловых элементов ручья, при этом реализуется возможность регулирования заполнения штампа.

При открытой штамповке выделяют три основные стадии течения металла (рис. 3.2): свободную осадку (рис. 3.2, а); заполнение штампа (рис. 3.2б) и выдавливание заусенца (рис. 3.2в). На практике существует и четвертая (нежелательная) стадия, когда ручьи штампа заполнены, но поковка не выполнена по высоте. Постадийное изменение силы штамповки представлено на рис. 3.2г.

Основной недостаток штамповки в открытых штампах - это большие потери металла на заусенец, которые зависят от массы и формы поковок и могут достигать 30 % и более. Кроме того, волокна металла при удалении облоя оказываются перерезанными, что существенно снижает качество поковок


Рис. 3.2

Штамповка в закрытых штампах

Штамповку в закрытых штампах (безоблойную штамповку) применяют для получения поковок несложной формы с небольшой разницей в размерах сечений. Заготовка 5 диаметром D0 и высотой Н0 (рис. 3.4) помещается в штамп, основными частями которого являются пуансон 1, матрица 2 и выталкиватель 3. При перемещении пуансона происходит последовательное осаживание заготовки и заполнение полости штампа с образованием поковки заданных размеров и формы. При этом инструмент не обеспечивает свободного удаления цилиндрической поковки 4 из ручья штампа. Для удаления поковки из полости штампа применяют штамповочные уклоны а и выталкиватель 3. Для горизонтально-ковочных машин штамп может быть выполнен разъемным и состоять из трех частей (пуансон и разъемная матрица).

Практически некоторая часть металла затекает в зазоры между разъемными частями закрытого штампа, образуя незначительный заусенец. Объем последнего зависит от колебаний объема заготовки и износа штампа. Большой объем заготовки из-за отсутствия возможности фиксировать момент заполнения ручьев (окончание процесса штамповки) приводит к распору штампа, что отрицательно сказывается на его долговечности. Поэтому основным соотношением, принятым для технологических расчетов при штамповке в закрытых штампах, является VЗАГ=VП.

Штамповка в закрытых штампах
Рис. 3.4

Штамповка в закрытых штампах характеризуется значительной экономией металла, отсутствием дополнительной операции обрезки облоя, благоприятной схемой всестороннего сжатия, меньшей величиной уклонов (α=1°—3°), чем при открытой штамповке. Особенно эффективна схема штамповки в закрытых штампах для малопластичных сплавов, так как боковой подпор стенок полости штампа значительно повышает гидростатическое давление, в результате чего пластичность металла возрастает. Кроме того, макроструктура поковок характеризуется тем, что волокна металла получают очертания контура поковки и не перерезаны.

Основным недостатком способа штамповки в закрытых штампах являются его неуниверсальность. Например, круглый контур поковки при штамповке в закрытых ручьях неприемлем из-за нетехнологичности конструкции инструмента, что характеризуется низкой стойкостью кромок штампа. Существенно снижают область применения закрытых штампов ограниченность рациональных форм штампуемых поковок и необходимость точной дозировки металла, кроме того, точность поковки по высоте ниже, чем при штамповке в открытом штампе.

Во избежание перегрузки штампов и оборудования при нарушении условия равенства объемов заготовки и поковки применяют компенсаторы. Это специальный приемник излишков металла, расположенный в месте наиболее трудного заполнения металлом штампа, в который выдавливается лишний металл после оформления поковки. В отдельных случаях компенсатор выполняет те же функции, что и заусенечная канавка, при этом металл тормозится при выходе из полости штампа, обеспечивая заполнение всех его углов, и в то же время излишки металла поступают в компенсатор, не создавая перегрузки инструмента и оборудования.

Так как при закрытой штамповке не предусматривается заусенец и реализуются только 2 стадии формоизменения (осадка и заполнение штампа), то сила при всех других одинаковых параметрах всегда меньше силы штамповки в открытых штампах.

Инженеры всегда готовы проконсультировать или предоставить дополнительную техническую информацию.

Центральный сайт компании ENCE GmbH
Наша сервисная компания Интех ГмбХ

Головные Представительства в странах СНГ:

России
Казахстане
Украине
Туркменистане
Узбекистане
Латвии
Литве


Сообщить об ошибке на сайте ENCE GmbH, Switzerland / ENCE gmbH, Schweiz / ЭНЦЕ ГмбХ, Швейцария © ENCE GmbH