2.2.6 Статическая штамповка жидкостью (гидроштамповка)
Сущность и технологическая характеристика процесса.
Если в вытяжном штампе вместо жесткого металлического пуансона использовать жидкость А (рис. 2.16), нагнетаемую под высоким давлением, то заготовка, растягиваемая и вдавливаемая в матрицу 8 гидростатическим давлением, приобретает форму матрицы.
Рисунок 2.16 Схема штампа для гидроформовки сферического днища:
А—формующая жидкость (вода): 1—стол пресса; 2—нижняя плита: 3 и 5—каналы; 4— резиновый жгут; 6—ползун пресса; 7—облицовка; 8— матрица
Такой процесс называется гидроштамповкой или гидроформовкой. Жидкость в этом случае выполняет функции универсального пуансона, пригодного для матрицы любой формы.
Гидроформовка имеет ряд преимуществ, особенно важных при мелкосерийном производстве. Мощность гидросистемы, питающей установку, мало связана с размерами формуемых деталей, которые таким образом, могут быть очень большими. Затраты металла и квалифицированного труда станочников, необходимые для изготовления и доводки стальных штампов, почти отпадают, так как пуансон делать вообще не надо, а на матрицу (в основном, железобетонная конструкция) требуется значительно меньше металла и обработки, чем на цельнометаллическую.
При опытном и мелкосерийном производствах получающаяся экономия средств резко снижает себестоимость продукции. Более того, отпадает надобность уникальных по размерам и мощности прессов, которые при штамповке крупногабаритных деталей в металлических штампах необходимы.
Другое очень существенное преимущество гидроформовки — возможность получения деталей с суженными выходными сечениями, из которых жесткий стальной пуансон по окончании формовки извлечь нельзя.
Основные недостатки гидроформовки: а) малая производительность, обусловленная длительностью операции установки и зажатия заготовки, уплотнения рабочей полости, заполнения ее жидкостью; б) невозможность формовки участков, имеющих небольшие радиусы кривизны; в) утонение заготовки в центральной зоне; г) смещение заготовки из заданного положения из-за отсутствия трения о пуансон.
Область рационального применения гидроформовки: а) формовка крупногабаритных деталей из малопрочных материалов (до σв = 40—60 кгс/см2, имеющих небольшую толщину стенок и плавные очертания, при небольшом объеме производства) формовка деталей с суженными выходными сечениями.
Типовые конструкции установок для гидроштамповки.
Установки для формовки днищ. Конструкция штампа для формовки сферических деталей типа днищ выбирается в зависимости от конфигурации, толщины и материала заготовки и объема производства. Наиболее просты и требуют наименьших затрат труда, материала и времени на изготовление штампы, устанавливаемые на стол гидропресса (см. рис. 2.16).
Штамп устанавливается на столе 1 гидравлического пресса и прижимается к нему ползуном 6. Это обеспечивает герметичность внутренней полости штампа, образованной матрицей 8 и нижней плитой 2 штампа. Железобетонная матрица 8 представляет собой стальной сварной каркас, заполненный бетоном и облицованный по рабочей поверхности цементом марки НИАТ-МЦ, обеспечивающим высокую чистоту поверхности, быстрозатвер-девающим с небольшой усадкой. Толщина облицовки 7 — около 20 мм. Резиновый жгут 4 уплотняет зазор между матрицей и нижней плитой.
Наполнение рабочей полости штампа водой в процессе вытяжки осуществляется через канал 5 в теле нижней плиты. Перетяжное ребро, расположенное на нижней плите 2 по периметру заготовки, обеспечивает устойчивость листа-заготовки (предотвращает образование складок). По окончании вытяжки вода давлением сжатого воздуха вытесняется в расходный бак по каналу 3. Давление формующей воды создается гидроустановкой с роторно-пластинчатыми или роторно-поршневыми насосами высокого давления.
В ряде случаев при гидроформовании сферических днищ применяется реверсивный метод, при котором операция разбивается на два перехода. При первом переходе (рис. 2.17, а) заготовка-лист 1 вытягивается в полуфабрикат 7 по форме вкладыша 2, причем по ее периметру образуется высокий кольцевой рифт, который на втором переходе (рис. 2.17,6), выполняемом при снятом вкладыше 2, выворачивается до прилегания и калибровки по матрице 9 и получения окончательной формы детали.
Увеличенный угол изгиба заготовки у ребра матрицы, получаемый при реверсивной формовке, дает дополнительное натяжение заготовки по периметру и уменьшает опасность складкообразования. Силы трения, возникающие между вкладышем и заготовкой, фиксируют средний участок заготовки, удерживая заготовку от смещения и предохраняя от утонения ее центральную часть.
На первом переходе формовка ведется при незажатом фланце заготовки. Свободное перемещение фланца достигается с помощью прокладки 5 соответствующей толщины, положенной на время первого перехода между матрицей 9 и нижней плитой 3 штампа. На втором переходе эта прокладка снимается и формовка продолжается при защемленном фланце детали за счет объема материала, вытянутого на первом переходе. Формующая жидкость подается в рабочую полость через канал 10, а после окончания формовки сливается через канал 6. Зазор между матрицей 9 и плитой 3 герметизируется резиновым жгутом 4. Во вкладыше 2, закрепляемом на матрице болтами, и в теле матрицы сделаны каналы 8 для выхода воздуха.
Прижатие верхней части штампа к нижней может достигаться усилием траверсы гидропресса, клиновыми фиксаторами, болтами или специальными быстродействующими зажимами. Пружинение детали после формовки компенсируется соответствующей корректировкой формы матрицы.
Рис. 8. 14. Схема реверсивной Рис. 8.15. Схема вытяжки в гидроме-
гидроформовки: - ханическом штампе:
а—первый переход; б—второй пере- а—на прессе одинарного действия; б—на
ход; 1—заготовка; 2—вкладыш; 3— прессе двойного действия;
нижняя плита; 4—резиновый жгут; 1—корпус; 2—кольцо; 3—складкодержа-
5—прокладка; 6—канал; 7—полу- тель; 4—пуансон; 5—шток; 6—трубопровод;
фабрикаты; 8—канал; 9—матрица; 7—клин; 8—болт; 9—заготовка; 10—датчик;
10—канал; 11—готовая деталь 11—готовая деталь
Применение гидроформовки в сочетании с инструментальными штампами (гидромеханическая штамповка) соединяет преимущества обоих методов и позволяет уменьшить число переходов. При получении деталей глубокой вытяжкой из титана гидромеханическая формовка дает лучшие результаты, чем многопереходная вытяжка в инструментальных штампах. При вытяжке в инструментальных штампах поверхность титанового листа-заготовки легко загрязняется. Мелкие частицы металла, отрывающиеся от поверхности, действуют подобно абразивным зернам и увеличивают наволакивание и нагрузку заготовки в процессе вытяжки. В гидромеханических штампах, где вместо металлического пуансона с заготовкой контактирует вода, это явление устраняется.
На рис. 2.18 приведен пример вытяжки эллиптического днища с цилиндрическим пояском в гидромеханическом штампе на прессе одинарного (см. рис. 2.18, а) и двойного (рис. 2.18, б) действия. Нижняя часть штампа собрана из корпуса 1 и кольца 2. Заготовка 9 прижимается к кольцу 2 на прессе двойного действия складкодержателем 3 и штоками 5, на которые давит прижимная траверса пресса, а на прессе одинарного действия — клиньями 7 и болтами 8.
Пуансон 4 вытягивает заготовку в стакан с плоским дном (см. форму пуансона). Затем через трубопровод 6 в полость между дном пуансона и заготовкой подается формующая жидкость, которая вытягивает плоское дно в сферическую готовую деталь 11. Электроконтактный датчик 10 сигнализирует об окончании вытяжки.