Листовая штамповка легированных сплавов

Поляков Ю.Л.

Машиностроение, 1980 г.

1. ВЫРУБКА И ПРОБИВКА

ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА

Процесс вырубки и пробивки состоит из нескольких последовательных деформаций: изгиба, сжатия и скалывания. Последняя является определяющей. Эти деформации происходят под действием усилия пресса, которое вызывает неравномерное распределение напряжений. Максимальные напряжения располагаются у режущих кромок. Когда пластические деформации — изгиб и сжатие достигают определенной величины, образуется зона скалывания с макро- и микротрещинами, направленными от режущих кромок пуансона и матрицы. При правильно выбранном зазоре направление трещин совпадает, в результате образуется мгновенная зона излома, что приводит к разделению материала. При малом зазоре направление трещин не совпадает. Качество поверхностисрезарезко ухудшается.

После вырубки и пробивки листовая деталь имеет неправильную геометрическую форму.

Изгиб приводит к неплоекостности, сжатие — к скруглению по контуру или отверстию детали и ее утолщению. В результате скалывания   контур   детали   принимает коническую   форму.

При вырубке и пробивке деталей из легированных сплавов, особенно из хромоникелевых, усилие должно быть на 20—40% больше по сравнению с усилием, потребным для вырубки деталей из углеродистых сталей. Это объясняется повышенными пределомпрочности при растяжении легированных сталей (табл. 1) и сопротивлением срезу, равным — 0,8 s(b)

Повышенное сопротивлениесрезу требует особого подхода к проектированию разделительных штампов для легированных сплавов.

КОНСТРУКЦИИ ШТАМПОВ

Штамп вырубной с секционной матрицей. Штамп предназначен для вырубки детали толщиной 3 мм из сплава ХН60В (рис. 1).

В нижней плите 9 предусмотрено углубление для установки секционной матрицы 8. Его глубина равна 2/3 высоты матрицы. Две взаимно перпендикулярные стенки углубления выполнены под углом 90° к основанию плиты, две другие —под углом 15°. Собранную в замок секционную матрицу устанавливают в углубление. Две ее боковые плоскости опираются на вертикальные стенки плиты, две другие поджимаются клиньями 7 с помощью болтов, которые на рис. 1 условно не показаны. После центрирования матрицы и проверки равномерности зазора между пуансоном и матрицей секции матрицы штифтуют и закрепляют к нижней плитеболтами с внутренним шестигранником. Режущая поверхностьпуансона также выполнена из секций 10. Каждую секцию крепят к корпусу 5 двумя винтами и штифтами. Корпус пуансона запрессован в державку 4, установленную на верхнюю плиту /. Полоса с пуансона снимается съемником 6 с помощью резинового буфера . Штамп имеет направляющие втулки 2 и колонки 3.

Штамп совмещенного действия с клиновым выталкивателем.

При вырубке деталей из толстолистовых и высокопрочных материалов или их пробивке выталкивающие устройства прессов и штампов не всегда обеспечивают надежное выталкивание детали из матрицы, что снижает производительность труда и уменьшает стойкость штампов. Штамп с клиновым выталкивателем, показавший при эксплуатации надежную работу, приведен на рис. 2.

На штампе вырубают заготовки диаметром 350 мм, толщиной 3 мм из сплава 14Х17Н2.

Узел клинового выталкивателя состоит из собственно выталкивателя 5 и клиньев 4, расположенных в пазах матрицы 6. Одна сторона клина со скосом под углом 45° опирается на скос выталкивателя, а вторая — на вертикальные площадки специальных колонок 9, установленных в плите 11. Колонки направляются втулками 3, запрессованными в верхнюю плиту 2. Это направление создает дополнительную опору и обеспечивает минимальный прогиб колонок во время работы выталкивателя. Диаметр колонок рассчитывают как балку, жестко закрепленную на двух опорах, а их длину выбирают такой, чтобы колонки не выходили из втулок 3 до окончания процесса выталкивания.

При ходе ползунапресса вверх клинья 4, двигаясь по скосам колонок 9, создают на скосе выталкивателя 5 усилие, под действием которого выталкивается деталь из матрицы. Штампуемая Полоса снимается с пуансон-матрицы 8 съемником 7, работающим от шпилек 10, установленных на прижимном устройстве пресса. Штамп имеет пуансон , а также направляющие колонки 12 и втулки 13.

Специальные колонки 9, клинья 4 и выталкиватель 5 изготовляют из стали 9ХС и закаливают до HRC 56—60. Для правильной ориентации колонок относительно клиньев в нижнюю плиту их устанавливают по поездке Г или Т и крепят винтами.

2. ГИБКА

ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА

Новые принципы конструирования и изготовления различных деталей современных механизмов и машин обусловливают все большее применение деталей, полученных гибкой. Такими деталями заменяют детали, ранее получаемые литьем, ковкой или из профильного проката. Все чаще детали изготовляют из легированных сплавов, что дает возможность уменьшить толщину и габаритные размеры деталей без снижения их прочности. Это снижает трудоемкость изготовления деталей и дает значительную экономию металла.

Легированные и некоторые марки титановых сплавов (ВТ1, ВТ1-2, ОТ4-1) хорошо поддаются различным видам пластической деформации, в том числе и гибке. Высокопрочные титановые сплавы   ВТ23, ВТ20, ВТ6 имеют   низкую штампуемость холодном состоянии, поэтому заготовки под штамповку требуется подогревать.

Заготовки из титановых сплавов можно нагревать с помощью установки радиационного нагрева или/в электрической лечи. При этом штамповка выполняется в обычных штампах, рабочие части которых изготовлены из инструментальных сталей.     

 КОНСТРУКЦИИ ШТАМПОВ

Штамп гибочный с шарнирными пуансонами. При гибке П-образных деталей в силу упругой отдачи штампуемого материала не выдерживается угол 90°. После штамповки детали приходится дорабатывать вручную или на клиновом калибровочном штампе, что ведет к удорожанию продукции.

Конструкция гибочного штампа, показанная на рис. 14, обеспечивает получение П-образных деталей с углом 90° между полками за одну операцию. Особенностью этого штампа является применение пуансонов 14, направляемых регулируемыми опорами 13, и неподвижного пуансона 15, углы которого с обеих сторон на 5—7° больше, чем максимально возможный уголпружинения штампуемой детали. Благодаря этому можно путем регулировки угла наклона опор 13 подобрать оптимальный угол перегиба, что обеспечивает получение штампуемой детали1 по чертежу. На штампе рассматриваемой конструкции можно получить детали с «закрытыми» углами, т. е. с углами <90°.

На верхней плите 7 штампа закреплена опора 6 с ушками // для крепления на осях 16 шарнирныхпуансонов 14. На нижней плите / установлен пуансон 15, прижим 5, поддерживаемый пружинами 10, надетыми на винты 9, а также две стойки 3 с осями 4 и регулируемыми опорами 13. Через стойки 3 проходят регулировочные болты 2 с шаровыми опорами и контргайками 12.                       

  3. ВЫТЯЖКА БЕЗ ПРЕДНАМЕРЕННОГО УТОНЕНИЯ МАТЕРИАЛА

ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА

Легированные сплавы благодаря высокой пластичности и благоприятным сочетаниям механических свойств обладают хорошей способностью к глубокой вытяжке, однако при этом они упрочняются; упрочнениесталей аустенитного класса выше упрочнениясталей ферритного класса. Для восстановленияпластичностиметалл подвергают термической обработке, проводимой после каждого переходавытяжки (табл. 9).

Коэффициенты вытяжки легированных и титановых сплавов выбирают по табл. 10.

Для вытяжки легированных сплавов следует правильно выбирать геометрические размеры штампа. Для первой вытяжкирадиус скругления матрицы назначают равным 8—10 толщи нам штампуемого материала, для последующих вытяжек — 0,6—1,0 радиусаматрицы при первой вытяжке. Радиус скругления рабочей кромкипуансона для первой вытяжки равен 0,5 радиуса скругления матрицы. Для последующих вытяжек этот радиус принимают равным половине разности диаметров промежуточных полуфабрикатов. Соблюдение этого условия исключит появление кольцевых следов на образующей вытянутой детали вследствие утонения материала.

Зазор между пуансоном и матрицей принимают в пределах 1,2—1,3 толщины материала. При калибровке зазор равен 1,1 толщины материала.

Вытяжка легированных сплавов сопровождается интенсивным налипанием штампуемого материала на рабочие поверхностипуансона и матрицы. Это приводит к быстрому износуштампов и появлению рисок и надиров на штампуемых деталях.

Производственный опыт показал, что более высокую стойкость имеют пуансоны и матрицы, изготовленные из хромо-никелевого или магниевого чугуна (см. табл. 14).  

ПРИМЕРЫ КОНСТРУКЦИЯ штампов И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Штамп для свертывания конуса из тонколистовой заготовки.

В качестве примера рассмотрим способ получения конических заготовок свертыванием в вертикальном штампе,

Как известно, при гибке П-образных и других симметричных деталей заготовка равномерно располагается в зазоре между пуансоном и матрицей. В описываемом способе заготовка располагается по одну сторону пуансона и при его рабочем движении изгибается под действием сил Pi и Рг (рис. 62).

Рассмотрим свертывание конуса из листовой заготовки (стали 12Х18Н9Т) толщиной 1,5 мм (рис. 63). В процессе отработки процессагибки установлено, что для данного материала и размеровконуса упругая деформация после свертывания составляет примерно 10% диаметра большего основания конуса; не обеспечивается стыковка кромок по образующей конуса, они получаются «открытыми».

Упругую деформацию учитывают при проектировании штампа, окончательные размеры которого устанавливают при доводке. Стыковка кромок обеспечивается их предварительной гибкой в специальном штампе на угол 45° на длине 10 мм.   

 Штампы для изготовления ступенчатых колец из сварных цилиндрических заготовок растяжением с развальцовкой и наружной отбортовкой. Ступенчатые кольца, изготовленные из листа, например ребра жесткости (рис. 71), широко применяют в промышленности. Обычно их изготовляют прокаткой на роликовых машинах с последующей подгонкой и сваркой или многооперационной вытяжкой из круглой листовой заготовки. Эти способы трудоемки, не обеспечивают требуемого качества, недопустимо мал коэффициент использования   металла (0,1—0,15).

При применении нового технологического процесса изготовления ступенчатых колец из сварных цилиндрических заготовок растяжением с развальцовкой и наружной отбортовкой повышается коэффициент использования- металла до 0,5, снижается трудоемкость и повышается качество деталей.

Лист из сплава ХН78Т толщиной 1,8 мм раскраивают на заготовки (/). На гибочном трехвалковом стане заготовка свертывается в цилиндрдиаметром ~283 мм (//) и после соответствующей подготовки сваривается автоматической аргонодуговой сваркой (///). Во избежание оплавления и прожога заготовки при сварке на входе и выходе шва устанавливают технологические планки, которые после сварки удаляют. Сварочные напряжения снимаются термической обработкой. После покрытия защитным лаком заготовку растягивают до диаметра 286 мм и одновременно отбортовывают на угол 30° (V). После повторной термической обработки и покрытия защитным лаком следует отбортовка на угол 60° (V). Затем после очередной термической обработки и покрытия защитным лаком следует предварительная формовка (VI) и калибровка деталей (VII), придающая требуемую чертежом форму и размеры.

Внедрение в производство новой технологии позволило получить большую экономию металла: при двухоперационной вытяжке из листа 1000X2000 мм ранее изготовляли 8 деталей, а по новой технологии 25.