Технология холодной штамповки

Аверкиев Ю.А., Аверкиев А.Ю.

Машиностроение, 1989 г.

ГЛАВА 1.   МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ

1.1. ЛИСТОВОЙ И РУЛОННЫЙ ПРОКАТ

Листовой штамповкой изготовляют изделия из металлов (в виде листового и сортового проката) и неметаллических материалов.

В машиностроении наиболее широко применяют стальной листовой и сортовой прокат и прокат из различного рода цветных металлов: алюминия, меди, магния, титана и их сплавов. Менее широко применяют слоистые и волокнистые пластики (текстолит, гетинакс и др.) и пластмассы гомогенной структуры (оргстекло, полистирол и др.). Однако в автомобилестроении и некоторых других отраслях машиностроения объем выпуска штампованных деталей из пластмасс непрерывно возрастает, что позволяет снизить массу и металлоемкость выпускаемой продукции.

Характеристики листового проката регламентируются стандартами на технические условия (ТУ), химический состав и сортамент.

Листовой прокат выпускается в виде листов, ленты и рулонов. В зависимости от способа производства он подразделяется на горячекатаный и холоднокатаный. Холоднокатаный прокат (толщина которого не превышает 4 мм) по сравнению с горячекатаным имеет меньшую шероховатость поверхности, разнотолщинность и более высокие технологические свойства. Он широко применяется для изготовления холодноштампованных деталей. Из горячекатаного проката методами листовой штамповки изготовляют преимущественно различные неглубокие и плоские детали.

В машиностроении основную массу холодноштампованных деталей (в том числе автокузовные детали) изготовляют из тонколистовых углеродистых качественных и низколегированных листовых сталей (табл. 1).

Кроме листового проката, указанного в табл. 1, в СССР освоен выпуск низколегированных холоднокатаных сталей повышенной прочности. К их числу относятся стали, легированные марганцем (до 1,1 %) и кремнием (до 0,6 %) с микродобавками титана и ванадия. Стали этой группы (08ГСЮТ, 08ГСЮФ, 07ГСЮФ) имеют предел текучести до 300 МПа, временное сопротивление до 410 МПа и относительное удлинение до 30—34 %. Стали указанных марок выпускаются толщиной 0,7—2.5 мм, поставляются по ТУ 14-1-3764—84, в основном их применяют в автомобилестроении и других отраслях машиностроения.

В СССР освоен выпуск холоднокатаной двухфазной стали с ферритно-мартенситной структурой (ДФМС), содержащей до 20—25 % твердой фазы мартенсита в пластической ферритной матрице. Повышенной прочности этих сталей добиваются легированием марганца (до 1,6 %) и кремнием (до 0,7 %) в сочетании с термической обработкой в специальных агрегатах непрерывного отжига. У двухфазных сталей низкое отношение предела текучести o_sк временному сопротивлению а_в (а₅/а_в = 0,6-^-0,65), высокий показатель деформационного упрочнения п и нормальной анизотропии R* (п = 0,21-0,25 и R* = 1,1-5-1,6), широкий диапазон изменения временного сопротивления (а_в = 400ч-550 МПа), что свидетельствует о пригодности их для изготовления холодноштампованных деталей сложной формы. Кроме того, при штамповке этих сталей происходит повышение прочности. Так, например, если у исходной двухфазной стали о_т = 280 МПа и а_в = 550 МПа, то после холодной пластической деформации на 25 % а_т > 650 МПа и σ_в > 800 МПа.

ДФМС поставляются по ТУ 14-1-3817—84 в виде листов, рулонов и ленты толщиной 0,7—2,0 мм. В основном применяют двухфазные стали следующих марок: О3СПЮ, ОЗХГЮ, 06ХГСЮ, 06Г2СЮ и др.

Применение листового проката повышенной прочности и ДФМС позволяет снизить массу ряда машин, в том числе грузовых и легковых автомобилей, в среднем на 10—20 % вследствие уменьшения толщины кузовных облицовочных и других деталей сложной формы.

К числу преимуществ низколегированных сталей следует отнести также то, что они мало подвержены деформационному старению, что весьма важно при длительном их хранении на складе или в цехе.

Легированные стали (хромистые и хромоникелевые коррозионно-стойкие) имеют вполне удовлетворительную штампуемость в отожженном состоянии, так как характеризуются высоким относительным удлинением и благоприятным для штамповки отношением а_т/а_в (сталь 12Х18Н9Т — σ_в = 550 МПа, а_т = 200 МПа, δ = 40 %).

Отличительная особенность коррозионно-стойких сталей по сравнению с низкоуглеродистыми — высокое сопротивление деформированию и интенсивное упрочнение в процессе холодной штамповки. Коррозионно-стойкие стали применяют в турбостроении, химическом машиностроении, из них изготовляют предметы народного потребления (стиральные машины, посуду) и др.

Для отдельных отраслей промышленности изготовляют стальной листовой прокат специального назначения. К этому виду относят прокат из низкоуглеродистой отожженной и протравленной (декапированной) стали для производства эмалированной посуды (ГОСТ 24244—80); прокат из тонкой отожженной углеродистой стали: жесть черная (ГОСТ 13345—85) для изготовления цельноштампованной и сборной тары и многие другие.

Все более широкое применение находит двухслойный и трехслойный листовой прокат (биметалл) с основным слоем из углеродистой или низколегированной стали и плакирующего слоя из меди, латуни, алюминия, цинка, олова, свинца или коррозионно-стойких сталей и сплавов, никеля и монель-металла, составляющего 10—25 % от общей толщины листа (ГОСТ 10885—85). Двухслойный и трехслойный листовой прокат применяется в автотракторной, электротехнической и радиоэлектронной промышленности и др.

К числу трехслойных металлов можно отнести прокат оцинкованный для производства изделий народного потребления и покрытия крыш (ГОСТ 14918—80), прокат освинцованный для изготовления топливных баков (ТУ 14-1-3526—83), прокат, покрытый тонким слоем олова, — белую жесть горячего электролитического лужения (ГОСТ 13345—85), применяемую в основном Для изготовления тары консервного производства, антифон — материал, состоящий из двух склеенных между собой тонких листов, применяемых для облицовки кабин, крышек капотов автомобилей и тракторов и других машин в целях шумоизоляции, металлопласт — стальные листы и трубы, покрытые пластмассой, применяемые как антикоррозионное покрытие и в декоративных целях.

В сельскохозяйственном машиностроении применяют трехслойный листовой коррозионно-стойкий прокат, плакированный с двух сторон тонким слоем стали 12Х18Н10 (ТУ 14-1-3048—81) толщиной 0,1—0,15 мм. Коррозионная стойкость трехслойного металла в 4—5 раз выше углеродистой стали Ст3 и атмосферостойкой стали 10ХНДП. При этом срок службы сельскохозяйственных машин увеличивается до 10 лет.

Листовой прокат из цветных металлов и сплавов на их основе обладает высокой коррозионной стойкостью, теплопроводностью, малым электрическим сопротивлением (медь, латунь, алюминий), малой плотностью (алюминий и его сплавы, титановые и магниевые сплавы) и высокой удельной прочностью (титан). В связи с этим область их применения чрезвычайно обширна.

Листовой прокат из алюминия и алюминиевых сплавов (ГОСТ 21613—82) марок А2, A3, АМц, АМг2, АМгцб, Д1, Д16, В95, ВАД23 и др.; меди (ГОСТ 495—77) марок Ml, М2, МЗ и др.; латуни (ГОСТ 931—78) марок Л68, Л63, ЛС59-1 и др.; никеля и никелевых сплавов (ГОСТ 19241—80) марок НКО, НМг, НВЗ и др.; магниевых сплавов (ГОСТ 22653—77) марок MAI, МА5, МА8 и др.; титановых сплавов (ГОСТ 19807—74) марок ВТ1, ВТЗ-1, ВТ6-С, ВТ8, ВТ9, ВТ10, ВТ14, ОТЧ-1 и др. широко применяется в авиационной, приборостроительной, электротехнической, электронной и многих других отраслях промышленности, а также для изготовления товаров народного потребления (посуды, часов, радиоаппаратуры, стиральных машин и пр.).

Из дюралюмина и других алюминиевых сплавов изготовляют детали наружных обшивок и каркасов летательных аппаратов, что объясняется относительно небольшой плотностью алюминия (2700 кг/м³) и высокой прочностью его сплавов.

Магниевые и титановые сплавы применяются, в основном, в производстве летательных аппаратов. Однако можно ожидать, что в ближайшем будущем, когда стоимость этих сплавов (особенно титановых) снизится, область применения их будет значительно расширена.