Розділові операції призначені або для отримання заготовки з листа або стрічки, або для відділення однієї частини заготовки від іншої. Операції можуть виконуватися по замкнутому або по незамкнутому контуру.
Відділення однієї частини заготовки від іншої здійснюється відносним зсувом цих частин в напрямку, перпендикулярному до площини заготовки. Цей зсув спочатку характеризується пластичним деформуванням, а завершується руйнуванням.
Відрізка - відділення частини заготівлі по незамкнутому контуру на спеціальних машинах - ножицях або в штампах.
Зазвичай її застосовують як заготівельну операції для розділення листів на смуги і заготовки потрібних розмірів.
Основні типи ножиць представлені на рис. 15.5.
Мал. 15.5. Схеми дії ножиць: а - гільйотинних; б - дискових
Ножиці з поступальним рухом ріжучих крайок ножа можуть бути з паралельними ножами, для різання вузьких смуг, з одним похилим ножем - гільйотини (ріс.15.5.а). Ріжучі кромки в гільйотинних ножицях нахилені один до одного під кутом 1 ... 5 0 для зменшення зусилля різання. Лист подають до упору, що визначає ширину відрізається смуги В. Довжина відрізається смуги L не повинна перевищувати довжини ножів.
Ножиці з обертовим рухом ріжучих крайок - дискові (ріс.15.5.б). Довжина відрізається заготівлі не обмежена інструментом. Обертання дискових ножів забезпечує не тільки поділ, а й подачу заготовки під дією сил тертя. Ріжучі кромки ножів заходять одна за іншу, це забезпечує прямолінійність лінії відрізки. Для забезпечення захоплення і подачі заготовки діаметр ножів повинен бути в 30 ... 70 разів більше товщини заготовки, збільшуючись зі зменшенням коефіцієнта тертя.
Вирубка і пробивка - відділення металу по замкнутому контуру в штампі.
При вирубці і пробиванні характер деформування заготовки однаковий. Ці операції відрізняються тільки призначенням. Вирубкою оформляють зовнішній контур деталі, а пробивкой - внутрішній контур (виготовлення отворів).
Вирубку і пробивання здійснюють металевими пуансоном і матрицею. Пуансон вдавлює частина заготовки в отвір матриці. Схема процесів вирубки і пробивки представлена на рис. 15.6.
Основним технологічним параметром операцій є радіальний зазор між пуансоном і матрицею. Зазор призначають в залежності від товщини і механічних властивостей заготовки, він наближено становить. При вирубці розміри отвору матриці дорівнюють розмірам вироби, а розміри пуансона на менше їх. При пробиванні розмір пуансона дорівнює розмірам отвори, а розміри матриці на більше їх.
Мал. 15.6. Схема процесів вирубки (а) і пробивання (б)
1 - пуансон, 2 - матриця, 3 - виріб, 4 - відхід
Зменшення зусилля різання досягається виконанням скоса на матриці при вирубці, на пуансоні - при пробиванні.
При штампуванні мало- і середньогабаритних деталей з однієї листової заготовки вирубують кілька плоских заготовок для штампування. Між суміжними контурами вирубуються заготовок залишають перемички шириною, приблизно рівною товщині заготовки. В окремих випадках суміжні заготовки вирубують без перемичок (економія металу при погіршенні якості зрізу і зниженні стійкості інструменту).
Розташування контурів суміжних вирубуються заготовок на листовому матеріалі називається розкриємо. Частина заготовки, що залишилася після вирубки - висічкою.
Висічка становить основний відхід при листовому штампуванні. Тип розкрою слід вибирати з умови зменшення відходу металу в висікання (рис. 15.7).
Ріс.15.7. Приклади розкрою матеріалу з перемичками (а) і без перемичок (б)
Економія металу може бути отримана: зменшенням витрати металу на перемички, застосуванням безвідходного і малоотходного розкрою, підвищенням точності розрахунку розмірів заготовки і зменшенням припусків на обрізку.
Холодне штампування (продовження)
Формоутворення заготовок з порошкових матеріалів
Формотворчих операції листового штампування
При формотворчих операціях прагнуть отримати задану величину деформації, щоб заготовка придбала необхідну форму.
Основні формотворчих операції: згинання, витяжка, отбортовка, обтиск, роздача, рельєфна формування. Схеми формотворчих операцій представлені на рис. 16.1.
Мал. 16.1. Формотворчих операції листового штампування
Гнучка - утворення кута між частинами заготовки або надання заготівлі криволінійної форми.
При згинанні пластично деформується тільки ділянку заготівлі в зоні контакту з пуансоном 1 (рис. 16.1.а): зовнішні шари заготовки розтягуються, а внутрішні - стискуються. Деформація розтягу зовнішніх шарів і стиснення внутрішніх збільшується зі зменшенням радіусу заокруглення робочого торця пуансона, при цьому зростає ймовірність утворення тріщин. Тому мінімальний радіус пуансона обмежується величиною в межах 0.1 ... 2,0 від товщини заготовки, в залежності від механічних властивостей матеріалу.
При знятті навантаження розтягнуті шари заготовки пружно стискуються, а стислі - розтягуються, що призводить до зміни кута гнучкі, тобто до пружіненію деталі. Це слід враховувати або зменшенням кута інструмента на величину пружіненія, або застосуванням в кінці робочого ходу додаткового зусилля.
Згинання виробляють в штампах, а також обертаються фігурними роликами, що грають роль матриці, на профілів станах.
Витяжка - освіту полого вироби з плоскою або порожнистої заготовки (ріс.16.1.б).
Вирубану заготовку діаметром і товщиною укладають на площину матриці 3. Пуансон 1 натискає на заготівлю і вона, зміщуючись в отвір матриці, утворює стінки витягнутої деталі діаметром.
Формозміна при витяжці оцінюють коефіцієнтом витяжки, який в залежності від механічних характеристик металу і умов витяжки не повинен перевищувати 2,1.
При, можливі втрата стійкості фланця і утворення складок при витяжці. Їх запобігають притиском 2 фланця заготовки до матриці з певним зусиллям.
Високі деталі малого діаметра отримують за кілька операцій витяжки з поступовим зменшенням діаметра D напівфабрикату і збільшенням його висоти (рис. 16.1.в). При наступних переходах для запобігання руйнування металу приймають
Проміжний отжиг для усунення наклепу дозволяє збільшити до 1,4 ... 1,6.
Небезпека руйнування заготовок усувають застосуванням мастильних матеріалів для зменшення сил тертя між поверхнями заготівель і інструмента.
При витяжці зазор між матрицею і пуансоном становить.
Отбортовка - отримання борту діаметром шляхом вдавлення центральній частині заготовки з попередньо пробитим отвором в матрицю (ріс.16.1.г).
Формозміна оцінюють коефіцієнтом відбортовки
який залежить від механічних характеристик металу заготовки та її відносної товщини. Більше збільшення діаметра можна отримати, якщо заготовку відпалювати перед отбортовкой або виготовити отвір різанням, що створює менше зміцнення біля краю отвору.
Відбортовку застосовують для виготовлення кільцевих деталей з фланцями і для освіти уступів в деталях для нарізування різьблення, зварювання, а також для збільшення жорсткості конструкції при малій масі.
Виділяється отбортовка зовнішнього контуру - освіту невисоких бортів по зовнішньому криволинейному краю заготовки.
Обтиск - зменшення периметра поперечного перерізу кінцевої частини порожнистої заготовки.
Проводиться заталківаніе заготовки в звужується порожнину матриці (рис. 16.1.д). За один перехід можна отримати. Для більшого формозміни виконують кілька послідовних операцій обтиску.
Роздача - збільшення периметра поперечного перерізу кінцевої частини порожнистої заготовки конічним пуансоном; це операція протилежна обтиску.
Рельєфна формування - місцеве деформування заготовки з метою освіти рельєфу в результаті зменшення товщини заготовки (рис. 16.1.е).
Формуванням отримують конструкційні виступи і западини, ребра жорсткості, лабіринтові ущільнення.
Штампи для листового штампування діляться за технологічною ознакою в залежності від виконуваної операції: вирубні, гнучкі, витяжні і т.д. Залежно від числа виконуваних операцій розрізняють одно- і багатоопераційні штампи. Багатоопераційні штампи бувають послідовного дії, в яких операції виконуються послідовно при переміщенні заготовки з кількох робочих позиціях штампа, і поєднаної дії, в яких операції виконуються на одній позиції, наприклад, одночасно вирубка і пробивання, вирубування і витяжка і т.д.
В даний час застосовують спеціальні конструкції штампів, в яких металеві пуансони або матриці відсутні, і тиск на матеріал здійснюється за допомогою гуми, рідини або стисненого повітря (ріс.16.2). При цьому гума або рідина легко видаляються з штампованої деталі, а матриця повинна бути рознімної.
При виготовленні невеликих по глибині виробів пуансон заміняє гумова подушка (ріс.16.2.а). За допомогою гуми можна здійснювати всі операції: вирубку, гнуття, витяжку, формування. Таблиця 3 кріпиться до столу, а гумова подушка, поміщена в сталеву обойму 1. кріпиться до ходової частини преса (товщина заготовки 2 - до 1,5 мм).
Мал. 16.2. Схеми листового штампування за допомогою еластичної середовища і рідини
Гумові пуансони циліндричної форми застосовуються при витяжці виробів складної форми, при необхідності збільшення діаметральні розмірів середньої частини циліндричних напівфабрикатів (ріс.16.2.б).
При гідравлічної витяжці (ріс.16.2.в) порожнисті деталі циліндричної, конічної, сферичної або іншої форми отримують натисканням на заготівлю рідиною або рідиною, укладеної в еластичну оболонку.
Високошвидкісні методи штампування
Особливістю таких методів є висока швидкість деформування відповідно до високими швидкостями перетворення енергії. Короткочасне додаток великих зусиль розганяє заготівлю до швидкостей 150 м / с. Подальше її деформування відбувається за рахунок накопиченої в період розгону кінетичної енергії. Основними різновидами високошвидкісний листового штампування є: штампування вибухом, електрогідравлічна і електромагнітна штампування (ріс.16.3).
Мал. 16.3. а- електрогідравлічна, б - електромагнітна штампування
Штампування вибухом здійснюється в басейнах, наповнених водою (ріс.16.3.а). Заготівлю 3. затиснуту між матрицею 5 і притиском 4 опускають в басейн з водою 2. Порожнина матриці під заготівлею вакуумируют за допомогою вакуумної лінії 6. Заряд з детонатором 1 підвішують у воді над заготівлею. Вибух утворює хвилю високого тиску, яка, досягаючи заготовки, викликає її розгін. Процес штампування триває тисячні частки секунди, а швидкості переміщення заготовки порівнянні зі швидкостями поширення пластичних деформацій в металі. При штампуванні вибухом не потрібно дорогого пресового обладнання, конструкція штампа вкрай проста.
Електрогідравлічну штампування також здійснюють в басейні з водою. Ударна хвиля, розвіюєш заготовку, виникає при короткочасному електричному розряді в рідині. Потужний іскровий розряд подібний до вибуху. В результаті розряду в рідині виникає ударна хвиля, яка, дійшовши до заготівлі, надає на неї сильний вплив і деформує її по матриці.
При електромагнітної штампування (ріс.16.3. Б) електрична енергія перетворюється в механічну за рахунок імпульсного розряду батареї конденсаторів через соленоїд 7. навколо якого при цьому виникає миттєве магнітне поле високої потужності, яка наводить вихрові струми в трубчастої токопроводящей заготівлі 3. Взаємодія магнітних полів вихрових струмів з магнітним полем індуктора створює механічні сили, що деформують заготовку. Для електромагнітної штампування трубчастих і плоских заготовок створені установки, на яких можна проводити обтиск, роздачу, формування іопераціі отримання нероз'ємних з'єднання деталей.
Формоутворення заготовок з порошкових матеріалів
Заготівлі з порошкових матеріалів отримують пресуванням (холодним, гарячим), ізостатичним формуванням, прокаткою і іншими способами.
При холодному пресуванні в прес-форму (ріс.16.4.а) засипають певну кількість підготовленого порошку 3 і пресують пуансоном 1.
У процесі пресування збільшується контакт між частинками, зменшується пористість, деформуються або руйнуються окремі частки. Міцність одержуваної заготовки досягається завдяки силам механічного зчеплення частинок порошку електростатичними силами тяжіння і тертя. Зі збільшенням тиску пресування міцність заготовки зростає. Тиск розподіляється нерівномірно по висоті пресованої заготівки через вплив сил тертя порошку об стінки прес-форми, внаслідок чого заготовки виходять з різною міцністю і пористістю по висоті. Залежно від розмірів і складності пресованих заготовок застосовують одно- і двостороннє пресування.
Ріс.16.4. Схема холодного пресування: а - одностороннього; б - двостороннього
Одностороннім пресуванням отримують заготовки простої форми з відношенням висоти до діаметра, меншим одиниці, і заготовки втулок зі ставленням зовнішнього діаметра до товщини стінки, меншим трьох.
Двостороння пресування (ріс.16.4.б) застосовують для формоутворення заготовок складної форми. Після заповнення прес-форми порошком до верхнього пуансону за допомогою гідропреса прикладають тиск для попереднього пресування. Потім гідропривід вимикають і видаляють підкладку 4. Надалі в процесі пресування беруть участь обидва пуансона. У цьому випадку необхідний тиск для отримання рівномірної щільності знижується на 30 ... 40%. Використання вібраційного пресування дозволяє в десятки разів зменшити необхідний тиск.
У процесі пресування частки порошку піддаються пружному і пластичного деформації. Після вилучення заготовки з прес-форми її розміри збільшуються в результаті пружного післядії.
При гарячому пресуванні технологічно поєднуються пресування і спікання заготовки. Температура гарячого пресування становить зазвичай 0,6 ... 0,8 температури плавлення порошку. Завдяки нагріванню ущільнення протікає набагато інтенсивніше, ніж при холодному пресуванні. Це дозволяє значно зменшити необхідний тиск. Гарячим пресуванням отримують матеріали, що характеризуються високою міцністю і однорідністю структури. Цей спосіб застосовують для таких погано пресованих композицій, як тугоплавкі металлоподобниє з'єднання (карбіди, бориди, силіциди).
Ізостатичне (всебічне) формування застосовують для отримання великогабаритних заготовок з масою до 500 кг і більше. Відсутність втрат на зовнішнє тертя і рівномірність тиску з усіх боків дають можливість отримувати необхідну щільність заготовок при тисках, значно менших, ніж при пресуванні в закритих прес-формах.
При гідростатичному формуванні (ріс.16.5) на порошок 3. укладений в еластичну оболонку 2. передається тиск за допомогою рідини, що знаходиться в посудині високого тиску 1. В якості робочої рідини використовують масло, гліцерин, воду і т.д.
Ріс.16.5. Схема гідростатичного формування
Прокатка - найбільш продуктивний і перспективний спосіб переробки порошкових матеріалів. Характерною особливістю є високий ступінь автоматизації і безперервність прокатки. Схема прокатки представлена на ріс.16.6.
Ріс.16.6. Схема прокатки порошків
Порошок безперервно надходить з бункера 1 в зазор між валками. При обертанні валків 3 відбувається обтиснення і витяжка порошку 2 в стрічку або смугу 4 певної товщини. Прокатка може бути поєднана зі спіканням і остаточною обробкою одержуваних заготовок. В цьому випадку стрічка проходить через піч для спікання, а потім знову піддається прокатці для отримання листів заданих розмірів. Застосовуючи бункери з перегородкою (рис. 16.6.б) виготовляють стрічки з різних матеріалів (двошарові). Застосування валків певної форми дозволяє отримувати валки різного профілю, в тому числі і дріт.