Холодная штамповка

     СОДЕРЖАНИЕ 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Введение 

     В современных условиях развития общества одним из самых значительных факторов технического прогресса в машиностроении является совершенствование технологии производства. Коренное преобразование производства возможно в результате создания более совершенных средств труда, разработки принципиально новых технологий.

     Развитие  и совершенствование любого производства в настоящее время связано  с его автоматизацией, созданием  робототехнических комплексов, широким использованием вычислительной техники, применением станков и числовым программным управлением. Все это составляет базу, на которой создаются автоматизированные системы управления, становятся возможными оптимизация технологических процессов и режимов обработки, создание гибких автоматизированных комплексов.

     Важным  направлением научно-технического прогресса  является также создание и широкое  использование новых конструкционных  материалов. В производстве все шире используют сверхчистые, сверхтвердые, жаропрочные, композиционные, порошковые, полимерные и другие материалы, позволяющие резко повысить технический уровень и надежность оборудования. Обработка этих материалов связана с решением серьезных технологических процессов.

     Создавая  конструкции машин и приборов, обеспечивая на практике их заданные характеристики и надежность работы с учетом экономических показателей, инженер должен уверенно владеть методами изготовления деталей машин и их сборки. Для этого он должен обладать глубокими технологическими знаниями. 
 
 
 
 

     1. Холодная штамповка

     1.1. Холодное выдавливание

     Под холодной штамповкой понимают штамповку  без предварительного нагрева заготовки. Для металлов и сплавов, применяемых при штамповке, такой процесс деформирования соответствует условиям холодной деформации.

     Холодную  штамповку можно подразделить на объемную штамповку (сортового металла) и листовую штамповку (листового  металла). Такое подразделение целесообразно  потому, что характер деформирования, применяемые операции и конструкции  штампов для объемной и листовой штамповки значительно различаются между собой. Основные разновидности холодной объемной штамповки – холодное выдавливание, холодная высадка и холодная объемная формовка.

     При холодном выдавливании заготовку помещают в полость, из которой металл выдавливают в отверстия, имеющиеся в рабочем инструменте. Выдавливание обычно выполняют на кривошипных или гидравлических процессах в штампах, рабочими частями которых являются пуансон и матрица. Различают прямое, обратное, боковое и комбинированное выдавливание.

     При прямом выдавливании (рисунок 1.1, а) металл вытекает в отверстие, расположенное  в донной части матрицы 2, в направлении  совпадающим с направлением движения пуансона 1 относительно матрицы. Так  можно получить детали типа стержней с утолщениями (болты, тарельчатые клапаны и так далее). При этом зазор между пуансоном и цилиндрической частью матрицы, в которой размещается исходная заготовка, должен быть небольшой, чтобы металл не вытекал в зазор [1].

     Если  на торце пуансона (рисунок 1.1, б) имеется  стержень, перекрывающий отверстие матрицы до начала выдавливания, то металл выдавливается в кольцевую щель между стержнем и отверстием матрицы. В этом случае прямым выдавливанием можно получить детали типа трубки с фланцем, а если исходная заготовка имела форму толстостенной чашечки, то детали в виде стакана с фланцем. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Рисунок 1.1. Схемы выдавливания 

     При обратном выдавливании направление течения металла противоположно направлению движения пуансона относительно матрицы. Наиболее часто встречающейся схемой обратного выдавливания является схема, при которой металл может вытекать в кольцевой зазор между пуансоном и матрицей (рисунок 1.1, в). По такой схеме изготавливают полые детали типа труб (корпуса тюбиков), экранов радиоламп и так далее.

     Реже  применяют схему обратного выдавливания, при которой металл выдавливается в отверстие в пуансоне, для получения деталей типа стержня с фланцем (рисунок 1.1, г).

     При боковом выдавливании металл вытекает в отверстие в боковой части  матрицы в направлении, не совпадающем с направлением движения пуансона (рисунок 1.1, д.). Таким образом, можно получить детали типа тройников, крестовин и других. В этом случае, чтобы обеспечить удаление заготовки после штамповки, матрицу выполняют состоящей из двух половинок с плоскостью разъема, совпадающей с плоскостью, в которой расположены осевые линии заготовки и получаемого отростка.

     Комбинированное выдавливание характеризуется одновременным  течением металла по нескольким направлениям и может быть осуществлено по нескольким из рассмотренных ранее схем холодного выдавливания. На рисунке 1.1.  е. приведена схема комбинированного выдавливания, совмещающая схемы, показанные на рисунке 1.1. а, в для изготовления обратным выдавливанием полой, чашеобразной части детали, а прямым выдавливанием стержня, отходящего от ее донной части.

     Основной  положительной особенностью выдавливания является возможность получения  без разрушения заготовки весьма больших степеней деформации. Для  мягких, пластичных металлов k > 100 (алюминиевые трубы со стенкой толщиной 0,1-0,2 мм при диаметре трубы 20-40 мм). Возможность получения столь больших степеней деформации обеспечивается тем, что пластическое деформирование  при выдавливании происходит в условиях всестороннего неравномерного сжатия. Однако то же всесторонне сжатие приводит и к отрицательным явлениям. Чем больше степень деформации, тем больше усилие деформирования, и удельные усилия, действующие на пуансон и матрицу, могут достичь значений, больших в несколько раз предела текучести деформируемого металла, и превышающих величины, допустимые для инструмента по условиям его прочности или стойкости [2].

     Высокие удельные усилия выдавливания определяют достижимые степени деформации и сдерживают широкое применение этого процесса в производстве. Удельные усилия выдавливания изменяются в ходе деформирования и зависят от высоты подвергающейся деформированию части заготовки. При выдавливании пластическая деформация обычно охватывает не весь объем заготовки, а лишь часть его (рисунок 1.1.).  До тех пор, пока высота деформации меньше, чем высота деформируемой заготовки, удельные усилии по ходу пуансона изменяются незначительно. Однако когда высота деформируемой части заготовки становится меньше высоты естественного очага деформации, удельные усилия начинают интенсивно возрастать. Это обстоятельство ограничивает допустимую толщину фланца или донышка штампуемой детали.

     Для уменьшения удельных усилий выдавливания при проектировании штампуемой детали необходимо стремиться к такой ее конфигурации, при которой отсутствовали бы застойные зоны под торцом пуансона (рисунок 1.1. в) или у рабочей поверхности матрицы (рисунок 1.1. б). 

     1.2. Холодная высадка

     Холодную  высадку выполняют на специальных  холодновысадочных автоматах. Штампуют от прутика или проволоки. Пруток подается до упора, поперечным движением ножа отрезается заготовка требуемой длины и последовательно переносится с помощью специального механизма в позиции штамповки, на которых из заготовки получают деталь.

     На  холодновысадочных автоматах штампуют заготовки диаметром 0,5-40 мм из черных и цветных металлов, а также детали с местными утолщениями сплошные и с отверстиями (заклепки, болты, винты, гвозди, шарики, ролики, гайки, звездочки, накидные гайки и так далее). На рисунке 1.2. показаны последовательные переходы штамповки двух характерных деталей. Название этих автоматов связано с тем, что основной выполняемой на них операцией является высадка (уменьшение длины части заготовки с получением местного увеличения поперечных размеров). Однако при штамповке на холодновысадочных автоматах все шире используют другие операции штамповки сортового металла, в частности операцию холодного выдавливания, что расширяет номенклатуру изготовляемых деталей [1].

     Штамповкой  на холодновысадочных автоматах  обеспечивается достаточно высокая  точность размеров и хорошее качество поверхности, вследствие чего некоторые детали не требуют последующей обработки резанием. Так, в частности, изготовляют метизные изделия (винты, болты, шпильки), причем и резьбу получают на автоматах обработкой давлением – накаткой.

     Штамповка на холодновысадочных автоматах  высокопроизводительна: 20-400 деталей  в минуту (большая производительность для деталей меньших размеров). Штамповка на холодновысадочных  автоматах характеризуется высоким  коэффициентом использования металла. Средний коэффициент использования металла ≈ 95% (только 5% металла идет в отход). 
 
 
 
 
 
 

     Рисунок 1.2. Последовательность переходов изготовления деталей на холодновысадочных автоматах: а – винта; б – колпачка. 

     1.3. Холодная объемная формовка

     Холодная  штамповка в открытых штампах заключается в придании заготовке формы детали путем заполнения полости штампом металла заготовки. Схема холодной штамповки аналогична схеме горячей объемной штамповки, показанной на рисунке 1.2., а.

     Холодная  объемная штамповка требует значительных удельных усилий вследствие высокого сопротивления металла деформированию в условиях холодной деформации и упрочнения металла в процессе деформирования. Упрочнение сопровождается и уменьшением пластичности. Для уменьшения вредного влияния упрочнения и облегчения процесса деформирования при холодной штамповке оформление детали обычно расчленяют на переходы, между которыми заготовку подвергают рекристаллизационному отжигу. Отжиг снижает удельные усилия при штамповке на последующих переходах и повышает пластичность металла, что уменьшает опасность разрушения заготовки в процессе деформирования и увеличивает доступную степень деформации.

     Холодной  объемной штамповкой можно изготовить пространственные детали сложных форм (сплошные и с отверстиями). Холодная объемная штамповка обеспечивает также получение деталей со сравнительно высокими точностью размеров и качеством поверхности. Это уменьшает объем обработки резанием или даже исключает ее. Так как штампуют обычно за один ход ползуна пресса, то холодная штамповка (даже при использовании нескольких переходов со своими штампами) характеризуется большей производительностью по сравнению с обработкой резанием. Однако, учитывая, что изготовление штампов трудоемко и дороже изготовления инструмента, используемого при обработке резанием, холодную штамповку следует применять лишь при достаточно большей серийности производства.

     Рекомендации  по конструированию деталей применительно к изготовлению их холодной штамповкой сходны с рекомендациями, приведенными для горячей объемной штамповки. Допустимые углы наклона и радиусы скруглений обычно меньше, чем углы наклона и радиусы скруглений при горячей штамповке. 

     2. Холодная листовая штамповка

     2.1. Сущность способа

     В качестве заготовки при листовой штамповке используют полученные прокаткой лист, полоску или ленту, свернутую в рулон. Толщина заготовки при холодной штамповке обычно не более 10 мм и лишь в сравнительно редких случаях – более 20 мм. Детали из заготовок толщиной более 20 мм штампуют с нагревом до ковочных температур (горячая листовая штамповка), что позволяет значительно уменьшить усилие деформирования по сравнению с холодной штамповкой. Холодная листовая штамповка получила более широкое применение, чем горячая.

     Листовой  штамповкой изготавливают самые  разнообразные плоские и пространственные детали массой от доли грамма и размерами, исчисляемыми долями миллиметра и детали массой в десятки килограммов и размерами, составляющими несколько метров (облицовка автомобиля, самолета, ракеты) [1].