3. Получение заготовок для листовой штамповки

При разработке технологического процесса изготовления деталей листовой штамповкой следует стремиться к уменьшению потерь металла. В себестоимости продукции листовой штамповки затраты на материал составляют 50-70%, поэтому наиболее эффективным способом снижения себестоимости является экономия металла за счет снижения массы отходов. В связи с этим возникает проблема оптимизации раскроя листового и сортового проката. Рациональный раскрой – это отыскание наиболее эффективного размещения заготовок (или плоских деталей) на листе, полосе, ленте относительно друг друга и кромок листового проката.

Основным отходом при этом является высечка – остаток листа после вырубки заготовок. Форма и размер вырубаемой заготовки определяется формой и размером конечной детали и теми операциями, которые применяются для её получения.

Рисунок 8 – Примеры раскроя листа. Без перемычек – а,

с перемычками – б (1 – перемычка).

Смежные вырубаемые заготовки могут иметь между собой перемычки,

ширина которых обычно равна толщине листа. Для экономии металла вырубку заготовок можно осуществлять и без перемычек, но это ведёт к снижению качества среза и стойкости инструмента. Расположение контуров смежных вырубаемых заготовок на листе металла называется раскроем. На рисунке 8 приведены примеры раскроя металла для деталей машиностроительного назначения.

Тип раскроя выбирают из условия уменьшения отходов металла на высечку.

Оценкой эффективности раскроя металла служит коэффициент использования металла (К_им), представляющий собой отношение (при неизменной толщине листа) площади всех деталей (или заготовок), вырубаемых из листа, к площади листа из которого они вырубаются.

К_им = nf/(В×L)

Где n – количество заготовок, располагаемых на одном листе;

f – площадь одной заготовки;

В – ширина листа;

L – длина листа.

Для выбора оптимального варианта раскроя листа производят расчеты каждого и сравнивают их.

Листовую штамповку осуществляют на прессах. Наиболее распространены кривошипные прессы (простого и двойного действия). Для штамповки резиной и для получения крупногабаритных деталей используют гидравлические прессы.

6. Получение художественного изделия методом дифовки

В настоящее время в области художественной обработки можно выделить следующии виды дифовки:

- свободная ручная выколотка;

- механизированная выколодка;

- выколодка по модели.

Свободная ручная выколодка.

Это древний прием, однако, он применяется и сейчас. Задача этой техники – создать из листового металла полое объемное изделие. Такие как вазы, маски, сосоуды.

Получение объемной формы из плоской заготовки обуславливается тремя процессами, которые в различных чередованиях и комбинациях состовляют свободную ручную выколотку.

Первый процесс – это расплющивание заготовки, лежащей на стальной наковальне, ударами стального молотка, т.е. увеличение площади за счет уменьшения толщины, которое происходит, если молотком равномерно ударять по всей поверхности заготовки. Если же наносить удары на небольшом, ограниченном участке листа, не трогая его краев, то заготовка не только расплющиваться – уменьшаться по толщине в том месте, по которому наносится удар, но одновременно и деформироваться, т.е. образовывать сферическую поверхность, вогнутую со стороны удара. Это происходит потому, что нетронутые ударом части листа не дают материалу раздаваться в с тороны.

Второй процесс – сгибание листовой заготовки, когда вогнутая сторона претерпевает сжатие, а выпуклая – растяжение. Сгибание производят стальным (или деревянным) молотком на ребре наковальни. Сгибание может происходить под углом и по радиусу, по прямой по дуге и по сложной кривой. Это достигается благодаря тому, что в качестве опоры выбирается ребро фасонной наковальни соответствующей формы; при этом происходит не только сгибание, но и вытяжка металла.

Третий процесс – осадка металла, т.е. в результате удара толщина (поперечное сечение) материала увеличивается. Для этого заготовка предварительно горфится при помощи круглогубцев, а затем горфы осаживаются («выводятся») стальным или деревянным молотком на наковальне. Этот процесс работы является наиболее сложным и требует от исполнителя соответствующих навыков. Горфы, например, должны быть низкими и широкими, их легче осаживать. Высокие и узкие горфы при осадке нагоняются друг на друга, в результате чего образуются трещины и складки. Очень важно, чтобы горфы небыли завалены на одну сторону или подсечены. Кроме того, губки круглогубцев или специальных горфилок должны быть закалены и отполированы, иначе на поверхности металла в процессе гофрирования могут появиться напряжения.

Инструменты, употребляемые при свободной ручной выколотке, делятся на две группы: ударные и опорные.

К ударным инструментам относятся различные по форме молотки, изготовляемые из разных материалов. Очень широко применяются молотки, сделанные из материалов, имеющих твердость, меньшую, чем у металлов. Под ударами таких молотков металл меньше гартуется и, кроме того от них не остается следов (засечек, царапин). К ним относятся: деревянные молотки с плоскими или фасонными бойками из твердых пород (клен, самшит и др.). Для упрочнения корпус такого молотка несколько раз обматывают тесьмой на клею и покрывают лаком. Молотки из текстолита служат дольше деревянных и удобны в работе. Резиновые молотки из литой резины или с резиновыми вставками употребляются для выколотки и выглаживания ответственных деталей; они не оставляют никаких следов от удара.

Молотки со вставками из красной меди, алюминия или свинца служат для обработки цветных металлов.

Стальные молотки, применяемые для дифовочных работ, отличаются большим разнообразием форм (плоские, выпуклые, изогнутые и др.). Наиболее часто употребляются: наводильники— для посадки гофр, гладильники — для правки и проковки металла, шаровые— для выколотки вогнутых и выпуклых форм и т. п. Бойки всех молотков тщательно полируются во избежание образования засечек и царапин на обрабатываемом металле.

В прошлом у мастеров — дифовщиков насчитывалось свыше 100 различных видов молотков. Некоторые из них были настолько узко специализированы, что ими выполнялась только одна строго опре­деленная операция, например, «шеечный» молоток для обработки шейки вазы.

К опорным инструментам относятся: различные по форме наковальни и плиты, на которых производят правку листового металла, а также гибку под углом (на ребре); шпераки (бугаи), имеющие обычно два плеча, отличающиеся по форме рабочего конца (плоское, округлое, конусное и т. п.); стойки прямые и изогнутые— для удобства обработки сложных по форме изделий. Амбусы — массивные стойки с выпуклой поверхностью применяют для выколотки и проковки выпуклых изделий; скребки — односторонние, двухсторонние, прямые и радиусные — для загибки, подсечки, клепки швов и т. п. В прошлом количество разнообразных опорных инструментов было так же велико, как и количество молотков, и достигало многих десятков. При работе опорный инструмент либо зажимают в стуловые тиски, либо забивают в тяжелый чурбан.

Кроме этих, основных, инструментов при дифовке используют многие слесарные инструменты — напильники, ручные ножницы для резки металла и т. п.

Ручной выколоткой можно обрабатывать самые различные металлы и их сплавы: золото, серебро, медь, латунь, томпак, алюминий, никелевые сплавы и сталь. Однако свободная ручная выколотка— медленный и трудоемкий процесс; поэтому она применима только для выполнения в металле первых авторских образцов. Во всех случаях, где возможно, этот способ следует заменять более современными и производительными приемами: давкой на станке или дифовкой по модели, а также использованием специальных механизмов

Механизированная выколотка.

В настоящее время для облегчения трудоемких процессов, связанных с выколоткой, применяются различные механизмы, которые можно разделить на следующие группы в зависимости от их назначения:

Правка листового металла – для этого процесса в качестве «малой механизации» применяется трехвалковый станок с ручным или механизированным приводом. На нем можно производить правку листов толщиной до 4 мм. Более толстые листы правят на ротационных листоправильных машинах, позволяющих получать гладкие выравненные заготовки без вмятин и забоин. Правку выпуклых деталей можно производить на пневматических молотах. При этом плоскую наковальню заменяют выпуклой с соответствующим радиусом кривизны.

Гибка деталей цилиндрической формы – процесс, требующий применения листогибочных трехвалковых станков с ручным (для малых изделий) или механическим приводом (для более крупных изделий), на которых можно гнуть листовой металл толщиной до 4 мм. Наиболее совершенными являются копировально-гибочные станки. На них можно получать цилиндрические и конусообразные детали, имеющие различные радиусы кривизны.

Гибка профилей – для этого применяются различные механизмы. Наиболее простым является кромкогибочным станок, позволяющий получать детали, изогнутые под различными углами и радиусами, главным образом, прямоугольной формы. На современных кромкогибочных станках можно изгибать профили из листовой стали длинной до 4000 мм и толщиной до 6 мм. Для этой же цели применяются листогибочные прессы, имеющие высокую производительность. Они применяются для получения большого числа одинаковых деталей, имеющих изгибы в одной или нескольких плоскостях под разными углами или по плавной кривой.

В качестве рабочего инструмента на листогибочных прессах применяются специальные или универсальные стальные штампы, состоящие из матрицы и пуансона. Для получения небольших серий изделий из листового металла толщиной до 1 мм пользуются матрицами с запрессованной резиной. При этом процесс гибки происходит путем обжима заготовки по стальному пуансону. Этот способ весьма экономичен и позволяет получать изделия высокого качества.

Выполнение рифтов и зигов на плоскостях, а также на цилиндрических, конусных и шаровых поверхностях производится с большой производительностью и достаточной точностью на зигмашине при помощи специальных парных роликов. При этом деталь зажимается и прокатывается между роликами. При прокатке глубоких зигов сначала металл прокатывают не на полную глубину до необходимых размеров. Рабочие поверхности роликов должны быть тщательно отполированы, а острые кромки притуплены по радиусу 3 мм. Кривые профили из толстого листа гнут на специальных роликовых и профилегибочных станках.

Посадка металла – это процесс, для которого применяется посадочный станок, позволяющий производить горфирование и посадку кромки заготовки, автоматически перемещая ее и подводя новые участки под рабочие органы. Существуют различные типы посадочных станков, позволяющие обрабатывать дюралюминий, латунь и мягкую сталь толщиной от 0.3 до 1.5 мм.

Формовка листового металла – для этого применяются пневматические молоты. Заготовку помещают между нижним и верхним бойком и постепенно передвигают. Верхний боек, ударяя, деформирует заготовку. В процессе работы деталь проверяют по шаблону. Детали из тонкого материала обрабатывают по несколько штук сразу (пакетом). Для изготовления крупных деталей одинарной или двойной кривизны применяют обтяжные гидравлические пресса. На таких прессах можно обрабатывать детали длиной до 2800 мм при толщине до 2 мм. Наибольшее усилие машины 360 т.

В настоящее время описанные выше механизмы используются, главным образом, в авиационной, автомобильной, химической, пищевой и других отраслях промышленности, но могут с успехом применятся и в области производства архитектурно-художественных изделий. Применение механизмов значительно повышает производительность труда и ускоряет процессы выколотки. Особенно эффективно применение механизмов при изготовлении больших серий одинаковых изделий.

Выколотка по моделям

В настоящее время выколотка по моделям применяется для производства художественных барельефов и круглой (объемной) скульптуры из меди, латуни и алюминия, а также нержавеющей стали. Этим способом можно производить крупные экстерьерные декоративные произведения, монументальные фигуры для памятников и интерьерную художественную скульптуру. Монументы, выполненные выколоткой, значительно экономичнее литых — расход металла меньше, они легче по весу, удобны в перевозке; установленные на стальные каркасы, они достаточно прочны и долговечны.

Технология выколотки, которая применяется в настоящее время, состоит из следующих операций:

1. С авторского оригинала, отформованного в гипсе (в натуральную величину), снимают кусковую гипсовую форму.

2. Посредством кусковой формы изготовляют по частям цементные модели, например, головы, торса, рук, ног и т. п.

3. Для сильно профилированных деталей фигуры (лицо, кисти рук и др.) отливают баббитовые модели.

4. Иногда для наиболее ответственных и сложных по рельефу деталей отливают дополнительно баббитовые формы (для чего соответствующие куски кусковой гипсовой формы специально вновь заформовывают в гипсовую кусковую форму, в которую и производят отливку из баббита). Эти баббитовые формы служат матрицами для уточнения рельефа при выколотке.

5. Раскраивают листовой металл для выколотки отдельных деталей (частей) фигуры. Толщину листа в зависимости от размера фигуры для меди, латуни и алюминия берут от 1 до 2 мм, для нержавеющей стали —0,5 мм. Расчет площади листовой заготовки производят приблизительно с учетом вытяжки и посадки. Измерение делают стальной линейкой по огибу модели.

6. Предварительно отжигают листовую заготовку для восстановления пластичности с последующим отбеливанием, промывкой и сушкой. Это применяется для меди, латуни и стали, если материал недостаточно пластичен (нагартован); алюминий в предварительном отжиге не нуждается.

7. Резиновым молотком производят выколотку листовой заготовки, наложенной на баббитовую или цементную модель. Для обколотки по модели применяют также деревянные, текстолитовые и свинцовые молотки. Наиболее углубленные места прорабатывают деревянными чеканами. При сложном рельефе применяют разрезы заготовки или вырезы излишков металла, которые не удается поса­дить. Затем эти участки заваривают, и швы проковываются стальным молотком.

8. Повторно отжигают заготовки для снятия наклепа. Нагрев производят до темнокрасного каления (медь, латунь, сталь). Алюминий отжигают с большой осторожностью, его нагревают до тех пор, пока предварительно нанесенные на его поверхности мылом штрихи начнут чернеть.

9. Предварительно обколоченную заготовку вновь накладывают на модель и прикрепляют к ней посредством веревок или струбцин (при выколотке рельефов). При повторной обколотке достигается наибольшее соответствие с моделью. Выколотку ведут также деревянными и резиновыми молотками. Иногда при сложной профилировке модели эта операция повторяется еще несколько раз с промежуточным отжигом.

10. Прочеканивают заготовку на смоле стальными чеканами. Для этого заготовку заполняют смолой, состоящей из битума, канифоли и формовочной смеси (литейной), и после застывания смоляной массы прорабатывают соответствующими стальными чеканами и наносят фактуру. После чеканки деталь должна соответствовать авторскому оригиналу.

11. Производят сборку деталей и монтировку фигуры. Эту операцию начинают с подгонки и припиловки краев деталей между собой. Излишки металла осторожно обрезают ножницами и опиливают напильниками. Листы подгоняют встык и сваривают. После сварки необходимо швы тщательно зачистить. При сварке (от неравномерного нагрева) происходит коробление, деформация заготовки. Ее необходимо устранить. Это осуществляется путем выгибания и простукивания заготовки на специальных приспособлениях— амбусах, заменяющих наковальню.

12. Монтируют фигуры на стальной каркас. Для этого предварительно готовят стальной каркас; на внутренней поверхности фигуры из того же материала, из которого выколачивают фигуру, приваривают специальные кламеры, к которым и крепят каркас. Соединение стального каркаса с кламерами из цветного металла осуществляют через текстолитовые прокладки во избежание образования гальванопары.