Технология и автоматизация листовой штамповки

Попов А.Е., Ковалев В.Г., Шубин И.Н.

МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2000 г.

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ

Выше были рассмотрены основные операции листовой штамповки, установлены возможности формообразования в каждой операции, выяснены характер и степень влияния основных факторов на поле напряжений и допустимое формоизменение. Полученные зависимости позволяют установить оптимальные условия деформирования, при которых может быть максимальное формоизменение за каждый переход.

С учетом допустимого формоизменения для изготовления деталей листовой штамповкой в ряде случаев необходимо большое число операций (например, многооперационная вытяжка) или переходов, возможен большой отход материала и т.п., поэтому требуется большое количество штампов и оборудования. В таких случаях для сокращения длительности технологического процесса желательно существенное увеличение допустимого за одну операцию формоизменения. Существенное увеличение допустимого за одну операцию формоизменения материала может быть достигнуто путем изменения краевых условий у очага деформации или путем целесообразного изменения напряжения текучести в различных зонах очага деформации. Эти пути должны обеспечивать такие условия деформирования, при которых напряжение в опасном сечении деформируемой заготовки не превышает предела прочности.

С этой целью разработаны и применяют в промышленности различные способы штамповки, условия деформирования при которых отличаются от традиционных и позволяют существенно увеличить допустимое формоизменение. Эти способы классифицируют следующим образом:

1. Штамповка с измененной схемой силового воздействия — силовая интенсификация;

2. Штамповка с созданием в заготовке неоднородного температурного поля — термическая интенсификация.

Сущность процессов силовой интенсификации в листовой штамповке состоит в изменении характера приложения внешних сил с целью уменьшения напряжений, действующих в опасном сечении и ограничивающих допустимое формоизменение. Это может быть

достигнуто путем приложения внешних сил к границе очага деформации, остающейся ненагруженной при обычных условиях деформирования, или изменением знака сил внешнего трения таким образом, чтобы силы трения из фактора, увеличивающего напряжения в опасном сечении заготовки, превратились в фактор, уменьшающий эти напряжения.

Различают следующие способы силовой интенсификации.

1. Интенсификация путем совмещения нескольких операций в одной (вытяжки и обжима; вытяжки, обжима и раздачи; раздачи и обжима; вырубки и зачистки и др.).

2. Интенсификация путем изменения краевых условий (простая вытяжка с проталкиванием, раздача со сжатием, отбортовка с утонением и отбортовка со сжатием растягиваемого контура заготовки и др.

3.Интенсификация путем уменьшения реактивных сил трения (гидромеханическая вытяжка, пульсирующая вытяжка, вытяжка с ультразвуком и др.).

4. Интенсификация путем превращения реактивных сил трения в активные силы трения (вытяжка полиуретаном).

5. Интенсификация путем локализации очага деформации (ротационная вытяжка, сферодвижная штамповка, торцовая осадка).

Сущность термической интенсификации состоит в том, что при создании неоднородного температурного поля снижают напряжение в опасном сечении за счет уменьшения сопротивления деформированию в очаге деформации при неизмененном или даже увеличенном сопротивлении разрушению или потере устойчивости недеформируемой части заготовки. Это может быть достигнуто либо нагревом заготовки в очаге деформации, либо принудительным охлаждением той части заготовки, прочность или сопротивление потере устойчивости которой ограничивает допустимое формоизменение.

Силовая интенсификация

Силовая интенсификация является одним из наиболее перспективных процессов. Такая интенсификация может быть осуществлена путем совмещения нескольких переходов в одной операции [18], что позволяет изменить краевые условия у очага деформации или, как было выше указано, непосредственно путем благоприятного изменения условий силового воздействия на границу очага деформации (рис. 7.1).

Вытяжка с проталкиванием фланца (рис. 7.1, г, з) [10]. Этот процесс осуществляют при приложении по наружному контуру фланца сжимающего радиального напряжения с помощью высокого гидростатического давления, значение которого может достигать в зависимости от параметров процесса деформирования 5...6,5 значений временного сопротивления штампуемого материала. Возможно выполнение вытяжки без утонения и с утонением стенки. Гидростатическое давление повышает пластичность штампуемого металла.

При вытяжке с гидростатическим проталкиванием фланца выделяют две зоны очага деформации, постепенно переходящие одна в другую: 1) зону трехосного напряженного состояния с действием неодинаковых по значению сжимающих напряжений по трем осям, относящуюся к плоской части фланца и части фланца, находящейся у входа на скругленную рабочую кромку матрицы; 2) зону трехосного напряженного состояния с растягивающими меридиональными и сжимающими в других направлениях напряжениями, относящуюся к основной части очага деформации на входе и скругленной кромке матрицы. Граница этих участков проходит там, где меридиональные напряжения равны нулю.

Выявленные особенности процесса позволяет установить следующее. Вытяжкой с гидростатическим проталкиванием фланца можно получать детали из различных материалов, обычно штампуемых при вытяжке (опытным путем получены детали из алюминиевых сплавов АМцМ, АД1, меди и медных сплавов — Ml, Л62, стали 08кп, и материалов, имеющих более низкие технологические свойства; коэффициент вытяжки может достигать величины большей 4...5. При вытяжке с утонением получают до пятикратного уменьшения толщины стенки и отношение высоты детали к диаметру, равное 9...10. Детали можно изготовлять с фланцем и без фланца, толщина фланца и донышка при вытяжке с утонением незначительно отличается от исходной, а толщина стенки может быть меньше толщины исходной заготовки (~ в 5 раз). При вытяжке без утонения толщина стенок, дна и фланца более равномерна, чем при вытяжке без гидропроталкивания; точность поперечных размеров выше.

Вытяжка с обжимом (рис. 7.1, д) характерна совмещением двух операций в одной и обеспечивает большее изменение диаметра исходной заготовки, чем суммарное изменение, достигаемое при последовательном выполнении вытяжки и обжима. Для пояснения этого приведем следующие соображения. При вытяжке и обжиме меридиональные напряжения в общем очаге деформации переходят от растягивающих в зоне вытяжки к сжимающим в зоне обжима. Зона с нулевыми меридиональными напряжениями является переходной и разграничивающей очаги деформации вытяжки и обжима. Ранее полученные зависимости, определяющие напряженное и деформированное состояние при вытяжке и обжиме, в основном могут быть использованы для определения основных параметров процесса деформирования. Однако следует учесть, что при этой совмещенной операции на границе зон вытяжки и обжима заготовка не спрямляется. Следствием этого является меньшее суммарное меридиональное напряжение в очаге деформации обжима, и поэтому возникает дополнительная возможность увеличения степени деформации в очаге деформации обжима.