6.5. Холодная листовая штамповка
Листовой штамповкой получают разнообразные плоские и пространственные детали: от секундной стрелки часов до деталей облицовки автомобилей, самолетов, ракет. Листовую штамповку применяют в автомобильной, авиационной, электротехнической промышленности, в тракторостроении, в приборостроении и др.
Листовая штамповка снижает объем обработки резанием, обеспечивает высокие точность размеров и производительность (до 30–40 тыс. деталей в смену с одной машины)
В качестве заготовок используют лист, полосу или ленту. Толщина заготовок обычно не превышает 10 мм.
Как правило, при листовой штамповке пластическую деформацию, обеспечивающую необходимые форму и размеры, получает лишь часть заготовки. Толщина стенок штампованных деталей незначительно отличается от толщины заготовок. Операции, в которых лишь изменяются форма и размеры заготовки без разрушения ее в процессе деформирования, называются формоизменяющими. Операции, включающие разрушение материала заготовки, называются разделительными.
К числу формоизменяющих операций листовой штамповки относятся: гибка, вытяжка, отбортовка, обжим, раздача и др.
Гибка (рис. 6.15) применяется для изменения кривизны заготовки практически без изменения ее линейных размеров. В результате такого деформирования часть заготовки поворачивается относительно другой на определенный угол.
Рис. 6.15. Операции листовой штамповки
Пластическая деформация при гибке сосредотачивается на узком участке, контактирующем с пуансоном. При гибке не допускается разрушение материала, образование трещин, складок. Наиболее слабым местом является зона деформаций растяжения в наружном слое детали на участке закругления пуансона (рис. 6.16). При уменьшении отношения радиуса закругления r к толщине заготовки s деформация возрастает. Поэтому для предотвращения появления трещин, складок или разрушения заготовки ограничивают минимальные размеры радиуса закругления пуансона:
.
(6.9)
Даже при значительных пластических деформациях в обычных условиях гибки в штампах прямоугольная сетка линий, нанесенная на боковой поверхности заготовки, принимает веерообразную форму, причем поперечные линии остаются почти прямыми (рис. 6.16).
Рис. 6.16. Деформация координатной сетки при гибке
При
гибке наибольшей по абсолютной величине
является деформация
,
которая определяется по формуле:
.
(6.10)
Используются также и истинные (логарифмические) характеристики деформации.
Вытяжка заключается в протягивании заготовки через отверстие матрицы, причем плоская заготовка превращается в полое изделие, а пространственная заготовка получает уменьшение поперечных размеров (см. рис. 6.15). Она может осуществляться без утонения стенки или с утонением стенки.
Рис. 6.17. Схема вытяжки: 1 – матрица с рабочим диаметром DМ и радиусом закругления Rм;
2 – полуфабрикат; 3 – прижим; 4 – пуансон с рабочим диаметром DП и радиусом закругления RП; 5 – заготовка под вытяжку диаметром DЗ и толщиной S
Формоизменение при вытяжке оценивают отношением диаметра заготовки типа диска, фланца к диаметру полученной детали типа цилиндра (рис. 6.17) – коэффициентом вытяжки:
(6.11)
При вытяжке без утонения стенки зазор Z между пунсоном и матрицей должен быть больше толщины s заготовки:
.
(6.12)
При вытяжке с утонением толщина стенки за один переход может быть уменьшена в 1,5–2 раза. При вытяжке с утонением стенки зазор между пуансоном и матрицей должен быть меньше толщины стенки. Удельные усилия при вытяжке с утонением стенки больше, чем при вытяжке без утонения. Вытяжку с утонением применяют для устранения опасности складкообразования, а также для получения деталей со стенками, толщина которых меньше толщины донышка.
Усилие вытяжки в момент, когда заготовка полностью охватит скругленную кромку матрицы, может быть определено по формуле:
(6.13)
При
отбортовке часть
заготовки, граничащая с предварительно
пробитым отверстием, вдавливается в
матрицу, при этом размеры отверстия
увеличиваются и этот участок заготовки
приобретает цилиндрическую форму (см.
рис. 6.15). Допустимое без разрушения
увеличение диаметра отверстия при
отбортовке составляет:
,
и зависит от механических свойств
материала заготовки и от ее относительной
толщины
.
При обжиме полая тонкостенная цилиндрическая заготовка заталкивается в отверстие матрицы, причем заготовка в очаге деформации получает уменьшение поперечных размеров (см. рис. 6.15).
При раздаче пуансон внедряется в полую тонкостенную цилиндрическую заготовку и ее поперечные размеры в очаге деформации увеличиваются (см. рис. 6.15).
При рассмотрении напряженного и деформированного состояний в очаге деформации при анализе операций листовой штамповки обычно пользуются полярной системой координат с полюсом, совпадающим с центром кривизны срединной поверхности заготовки в данный момент деформирования (рис. 6.18).
Радиус кривизны нейтральной поверхности напряжений, отделяющей зону растяжения от зоны сжатия, определяют по формуле:
.
(6.14)
Рис. 6.18. Схема напряжений и деформаций при листовой штамповке
При
формоизменяющих операциях листовой
штамповки касательные напряжения
относительно малы и поэтому принимают,
что направления нормальных напряжений
и
совпадают с главными направлениями
тензора напряжений, т. е. являются
главными напряжениями.
При
принимают:
и
.
Деформации на операциях листовой штамповки осуществляются, когда напряжения и соответствуют предельному состоянию (условию пластичности) (рис. 6.18).
В
зависимости от условий нагружения
заготовки в различных операциях листовой
штамповки схемы напряженного состояния
и знаки напряжений
и
в очаге деформации могут быть различными.
В операциях вытяжки и отбортовки
напряжения
растягивающие, а в операциях обжима и
раздачи – сжимающие. Напряжения
являются растягивающими в операциях
раздачи и отбортовки, а в операциях
вытяжки и обжима – сжимающими.
На рис. 6.19 графически представлены условия предельного состояния при плоском напряженном состоянии (в виде эллипса и шестиугольника в координатах « – »), а в каждом квадранте приведены схемы операций, деформирование заготовки в которых осуществляется при знаках напряжений, соответствующих определенным квадрантам.
Рис. 6.19. Условия предельного нагружения (пластичности) при различных операциях листовой штамповки
Тесты для текущего контроля знаний.
1. Прокатка заключается:
1) в продавливании заготовки, находящейся в замкнутой форме, через отверстие матрицы;
2) в изменении формы и размеров заготовки путем последовательного воздействия универсальными инструментами на отдельные участки заготовки;
3) в обжатии заготовки между вращающимися валками;
4) в изменении формы и размеров заготовки с помощью специализированного инструмента – штампа;
5) в протягивании заготовки через сужающуюся полость матрицы.
2. Прессование заключается:
1) в продавливании заготовки, находящейся в замкнутой форме, через отверстие матрицы;
2) в изменении формы и размеров заготовки путем последовательного воздействия универсальными инструментами на отдельные участки заготовки;
3) в обжатии заготовки между вращающимися валками;
4) в изменении формы и размеров заготовки с помощью специализированного инструмента – штампа;
5) в протягивании заготовки через сужающуюся полость матрицы.
3. Волочение заключается:
1) в продавливании заготовки, находящейся в замкнутой форме, через отверстие матрицы;
2) в изменении формы и размеров заготовки путем последовательного воздействия универсальными инструментами на отдельные участки заготовки;
3) в обжатии заготовки между вращающимися валками;
4) в изменении формы и размеров заготовки с помощью специализированного инструмента – штампа;
5) в протягивании заготовки через сужающуюся полость матрицы.
4. Ковка заключается:
1) в продавливании заготовки, находящейся в замкнутой форме, через отверстие матрицы;
2) в изменении формы и размеров заготовки путем последовательного воздействия универсальными инструментами на отдельные участки заготовки;
3) в обжатии заготовки между вращающимися валками;
4) в изменении формы и размеров заготовки с помощью специализированного инструмента – штампа;
5) в протягивании заготовки через сужающуюся полость матрицы.
5. Штамповка заключается:
1) в продавливании заготовки, находящейся в замкнутой форме, через отверстие матрицы;
2) в изменении формы и размеров заготовки путем последовательного воздействия универсальными инструментами на отдельные участки заготовки;
3) в обжатии заготовки между вращающимися валками;
4) в изменении формы и размеров заготовки с помощью специализированного инструмента – штампа;
5) в протягивании заготовки через сужающуюся полость матрицы.
6. Какие из схем ОМД (рис.2) по производственному назначению относятся к металлургическому производству?
7. Какие из схем ОМД (рис.2) по производственному назначению относятся к машиностроительному производству?
1. |
2. |
3. |
4. |
5. |
6. |
Рис. 2.
8. Деформации – это:
1) относительные удлинения (или относительные укорочения) волокон, расположенных по осям x,y,z;
2) изменения формы или размеров тела (или части тела) под действием внешних сил, а также при нагревании или охлаждении и других воздействиях, вызывающих изменение относительного положения частиц тела;
3) углы поворота двух взаимно перпендикулярных до деформации волокон (или деформации сдвига);
4) относительные удлинения (или относительные укорочения) волокон, расположенных по осям x,y,z и углы поворота двух взаимно перпендикулярных до деформации волокон (или деформации сдвига);
5) величины, пропорциональные корню квадратному из второго инварианта тензора деформации.
9. Деформированное состояние в точке описывается:
1) изменениями формы или размеров тела (или части тела) под действием внешних сил, а также при нагревании или охлаждении и других воздействиях, вызывающих изменение относительного положения частиц тела;
2) относительными удлинениями (или относительными укорочениями) волокон, расположенных по осям x,y,z;
3) тензором деформации;
4) углами поворота двух взаимно перпендикулярных до деформации волокон (или деформации сдвига).
10. Напряжение (механическое) – это:
1) отношение нормальной силы к площади поперечного сечения образца;
2) внутренняя поверхностная удельная сила, действующая на элементарную площадку в окрестности точки А и зависящая от расположения точки А и направления нормали к площадке или мера внутренних сил, возникающих в теле под влиянием внешних воздействий (нагрузок, изменения температуры и др.);
3) отношение касательной силы к площади поперечного сечения образца;
4) величина, пропорциональная корню квадратному из второго инварианта девиатора напряжений.
11. Условный предел прочности при растяжении равен:
1) напряжению, соответствующему площадке текучести (увеличению деформации при постоянном напряжении);
2)
;
3)
;
4)
;
5) напряжению, соответствующему деформации 0,2%.
12. Действительный предел прочности при растяжении равен:
1) напряжению, соответствующему площадке текучести (увеличению деформации при постоянном напряжении);
2) ;
3) ;
4) ;
5) напряжению, соответствующему деформации 0,2%.
13. Холодной называют деформацию, осуществляющуюся:
1) при комнатной температуре;
2) при температуре ниже температуры рекристаллизации;
3) при температурах ниже 0 С;
4) при гомологической температуре менее 0,4;
5) при гомологической температуре менее 1;
14. Горячей называют деформацию, осуществляющуюся:
1) при комнатной температуре;
2) при температуре ниже температуры рекристаллизации;
3) при температурах ниже 0 С;
4) при гомологической температуре менее 0,4;
5) при гомологической температуре менее 1;
15. Камерная печь характеризуется:
1) периодической загрузкой заготовок и расходом топлива до 10–30% от массы нагреваемого металла;
2) непрерывной загрузкой заготовок;
3) расходом топлива до 5–12% от массы нагреваемого металла;
4) непрерывной загрузкой заготовок и расходом топлива до 5–12% от массы нагреваемого металла.
16. На рисунке изображено:
|
|
1) электроконтактное нагревательное устройство; 2) индукционное нагревательное устройство; 3) камерная печь; 4) схема индукционного нагрева; 5) методическая печь.
|
17. Методическая печь характеризуется:
1) периодической загрузкой заготовок и расходом топлива до 5–12% от массы нагреваемого металла;
2) непрерывной загрузкой заготовок;
3) расходом топлива до 10–30% от массы нагреваемого металла;
4) непрерывной загрузкой заготовок и расходом топлива до 10–30% от массы нагреваемого металла.
18. На рисунке изображено: |
|
1) электроконтактное нагревательное устройство; 2) индукционное нагревательное устройство; 3) камерная печь; 4) схема индукционного нагрева; 5) методическая печь.
|
19. На рисунке изображено: |
|
1) электроконтактное нагревательное устройство; 2) индукционное нагревательное устройство; 3) камерная печь; 4) схема индукционного нагрева; 5) методическая печь.
|
20. На рисунке изображено: |
|
1) электроконтактное нагревательное устройство; 2) индукционное нагревательное устройство 3) камерная печь; 4) схема индукционного нагрева; 5) методическая печь.
|
21. На рисунке изображено: |
|
1) электроконтактное нагревательное устройство; 2) индукционное нагревательное устройство 3) камерная печь; 4) схема индукционного нагрева; 5) методическая печь. |
22. На рисунке изображена: |
|
1) схема продольной прокатки; 2) схема винтовой прокатки; 3) схема поперечной прокатки; 4) схема бесслитковой прокатки. |
23. На рисунке изображена: |
|
1) схема продольной прокатки; 2) схема винтовой прокатки; 3) схема поперечной прокатки; 4) схема бесслитковой прокатки.
|
24. На рисунке изображены следующие элементы прокатного валка: |
|
1) трефы; 2) калибры; 3) бочка; 4) шейки; 5) ручьи. |
|
25. На рисунке изображена: |
|
1) схема волочения; 2) схема барабанного волочильного стана; 3) схема цепного волочильного стана; 4) схема прокатного стана.
|
|
26. На рисунке изображена: |
|
1) схема волочения; 2) схема барабанного волочильного стана; 3) схема цепного волочильного стана; 4) схема прокатного стана. |
27. На рисунке изображена: |
|
1) схема волочения; 2) схема барабанного волочильного стана; 3) схема цепного волочильного стана; 4) схема прокатного стана. |
28. На рисунке изображена: |
|
1) схема волочения; 2) схема барабанного волочильного стана; 3) схема цепного волочильного стана; 4) схема прокатного стана.
|
29. Механическая обработка металлов путем обжатия между вращающимися валками с целью уменьшения сечения слитка или заготовки и придания им заданной формы (профиля) – это:
1) прессование (выдавливание);
2) волочение;
3) прокатка;
4) штампование (штамповка);
5) ковка.
30. Протягивание заготовки через соответствующее отверстие при уменьшении площади поперечного сечения заготовки и увеличении ее длины – это:
1) прессование (выдавливание);
2) волочение;
3) прокатка;
4) штампование (штамповка);
5) ковка.
31. Придание металлу формы путем выдавливания его из замкнутого объема (контейнера) через канал, образуемый инструментом, – это:
1) прессование (выдавливание);
2) волочение;
3) прокатка;
4) штампование (штамповка);
5) ковка.
32. Способ обработки металлов давлением, при котором инструмент оказывает многократное, прерывистое воздействие на нагретую заготовку, в результате чего она, деформируясь, постепенно приобретает заданные форму и размеры – это:
1) прессование (выдавливание);
2) волочение;
3) прокатка;
4) штампование (штамповка);
5) ковка.
33. Способ обработки металлов давлением, при котором формообразование нагретой заготовки осуществляют с помощью специального инструмента – штампа, в результате чего она, деформируясь, постепенно приобретает заданные форму и размеры – это:
1) прессование (выдавливание);
2) волочение;
3) прокатка;
4) штампование (штамповка);
5) ковка.
34. Операция получения полостей за счет вытеснения металла называется:
1) осадкой;
2) высадкой;
3) прошивкой;
4) ковкой;
5) горячей объемной штамповкой.
35. Операцию обработки давлением, при которой уменьшается высота исходной заготовки при одновременном увеличении площади ее поперечного сечения называют:
1) осадкой;
2) высадкой;
3) прошивкой;
4) ковкой;
5) горячей объемной штамповкой.
36. Вид обработки металлов давлением, при котором формообразование поковки из нагретой заготовки осуществляют с помощью специального инструмента – штампа и при котором в конечный момент штамповки металл занимает всю замкнутую полость штампа в соответствии с конфигурацией поковки, называют:
1) осадкой;
2) высадкой;
3) прошивкой;
4) ковкой;
5) горячей объемной штамповкой.
37. Формоизменяющая операция листовой штамповки, заключающаяся в изменении кривизны заготовки практически без изменения ее линейных размеров, в результате чего деформирования часть заготовки поворачивается относительно другой на определенный угол, называется: |
||
1) вытяжкой; 2) гибкой; 3) отбортовкой; 4) обжимом; 5) раздачей.
|
|
|
38. Формоизменяющая операция листовой штамповки, заключающаяся в протягивании заготовки через отверстие матрицы, причем плоская заготовка превращается в полое изделие, а пространственная заготовка получает уменьшение поперечных размеров, называется: |
||
1) вытяжкой; 2) гибкой; 3) отбортовкой; 4) обжимом; 5) раздачей.
|
|
|
39. Способ обработки металлов давлением, осуществляемый с помощью кузнечного инструмента или штампов, при котором инструмент оказывает многократное, прерывистое воздействие на нагретую заготовку, в результате чего она, деформируясь, постепенно приобретает заданные форму и размеры, называют:
1) осадкой;
2) высадкой;
3) прошивкой;
4) ковкой;
5) горячей объемной штамповкой.
40. Формоизменяющая операция листовой штамповки, заключающаяся в том, что часть заготовки, граничащая с предварительно пробитым отверстием, вдавливается в матрицу, при этом размеры отверстия увеличиваются и этот участок заготовки приобретает цилиндрическую форму, называется: |
||
1) вытяжкой; 2) гибкой; 3) отбортовкой; 4) обжимом; 5) раздачей.
|
|
|
41. Формоизменяющая операция листовой штамповки, заключающаяся в том, что полая тонкостенная цилиндрическая заготовка заталкивается в отверстие матрицы, причем заготовка в очаге деформации получает уменьшение поперечных размеров, называется: |
||
1) вытяжкой; 2) гибкой; 3) отбортовкой; 4) обжимом; 5) раздачей.
|
|
|
42. Формоизменяющая операция листовой штамповки, заключающаяся в том, что пуансон внедряется в полую тонкостенную цилиндрическую заготовку и ее поперечные размеры в очаге деформации увеличиваются, называется: |
||
1) вытяжкой; 2) гибкой; 3) отбортовкой; 4) обжимом; 5) раздачей.
|
|
|
