Наша продукция: в нефтяном оборудовании
Tiu ПРОМКАСКАД группа Вконтакте ПРОМКАСКАД канал youtube ПРОМКАСКАД
8 800 333-17-13
info@promkaskad.ru

Листовая штамповка, или штамповка листового материала, является широко распространенной и весьма прогрессивной разновидностью технологии обработки металла давлением. Используя в качестве исходной заготовки листовой материал (полосу, ленту, лист), листовой штамповкой можно изготовлять большую номенклатуру самых разнообразных плоских и пространственных деталей.

Листовая штамповка находит применение во всех отраслях производства, связанных с изготовлением металлических деталей.

Особенно большое применение она находит в таких отраслях, как автомобиле-, тракторо- и самолетостроение, в оборонной промышленности, приборостроении, при изготовлении предметов домашнего обихода и т. д.

К числу достоинств листовой штамповки, обеспечивающих все возрастающее ее применение в промышленности, можно отнести следующие.

  1. Возможность изготовления деталей с минимальной металлоемкостью, которую нельзя получить другими способами металлообработки.
  2. Высокую точность штампуемых деталей, обеспечивающуюих взаимозаменяемость.
  3. Хорошее качество поверхности отштампованных деталей(в условиях холодной штамповки), что наряду с их точностьюпозволяет полностью исключить или свести к минимуму обработку резанием.
  4. Сравнительно высокую производительность труда дажепри ручной подаче заготовок.
  5. Сравнительную простоту механизации и автоматизациипроцессов листовой штамповки.
  6. Приспособляемость к масштабам производства.
  7. Относительно небольшой отход металла.
  8. Возможность получения различных и оптимальных механических свойств в разных участках деталей, получаемых штамповкой.

Некоторые из отмеченных достоинств листовой штамповки связаны с тем, что формоизменение заготовки осуществляется путем ее пластического деформирования, причем одновременному деформированию подвергается значительная часть заготовки. Холодная штамповка, характеризующаяся деформированием заготовки без предварительного нагрева, обычно сопровождается упрочнением металла, качество поверхности при этом, как правило, не ухудшается, а может даже улучшиться по сравнению с качеством поверхности исходной листовой заготовки.

Изменение механических, а иногда и физико-химических свойств металла в процессе его пластического деформирования открывает дополнительные возможности (сверх технологических и конструктивных возможностей листовой штамповки) создания максимально облегченных конструкций при заданной их прочности и жесткости.

Совершенствование технологии, конструкций штампов и используемого оборудования привело к тому, что листовая штамповка применяется для изготовления деталей самых разнообразных размеров (от долей миллиметра до нескольких метров) и конфигураций (от простых плоских деталей до сложных пространственных типа облицовочных деталей автомобиля, самолета или деталей приборов). Тем не менее процесс развития листовой штамповки далеко не завершен; в настоящее время наблюдается тенденция все более интенсивного совершенствования способов штамповки, оснастки и оборудования, применяемых для штамповки.

Создаются совершенно новые способы штамповки, например взрывная и электромагнитная; коренным образом изменяются обычные способы штамповки введением, например, дифференцированного нагрева заготовки; создаются машины, открывающие новые технологические возможности, например для давильных работ с утонением заготовки и т. п.

В этих условиях особенно актуальной становится задача разработки научных основ построения рациональных технологических процессов, дающих минимальные трудоемкость и себестоимость изготовления заданных деталей при наилучшем их качестве.

Технологические процессы листовой штамповки можно разделить на операции, поочередное применение которых позволяет придать исходной плоской заготовке форму и размеры детали, заданной к изготовлению.

В основу деления технологических процессов листовой штамповки на операции можно положить такие признаки, как характер формоизменения, схема напряженного состояния и назначение операции.

Каждая из операций листовой штамповки имеет определенную, характерную для данной операции схему напряженного состояния в участке, получающем пластическую деформацию, и присущее этой операции изменение размеров заготовки. Иногда, как будет показано ниже, оказывается удобным кроме указанных двух признаков характеризовать операции еще и по назначению.

Все операции листовой штамповки можно объединить в две группы: разделительные и формоизменяющие. При выполнении разделительных операций деформирование заготовки происходит вплоть до разрушения. Для успешного выполнения этих операций стремятся к максимальной локализации зоны, в которой имеют место пластические деформации. При выполнении формоизменяющих операций не должно происходить разрушения заготовки. При этом обычно стремятся к созданию условий, при которых может быть получено наибольшее формоизменение заготовки без ее разрушения.

Если в разделительных операциях стремятся к максимальной локализации очага пластической деформации, то в формоизменяющих операциях стремятся избежать ее. Заметим, что очагом пластической деформации называется та часть заготовки, пластическая деформация которой обеспечивает формоизменение, характерное для той или иной операции листовой штамповки.

В классическом виде операции листовой штамповки осуществляются действием на заготовку двух рабочих инструментов — пуансона и матрицы. Пуансоном называется инструмент, охватываемый заготовкой в процессе деформирования, а матрицей — инструмент, охватывающий заготовку в процессе ее деформирования.

Степень локализации очага пластической деформации зависит от размерных характеристик инструмента, в частности, от величины зазора между матрицей и пуансоном и от радиусов скругления рабочих кромок пуансона и матрицы. Чем меньше зазор и радиусы скругления рабочих кромок инструмента, тем (более подробно об этом будет сказано ниже) больше локализуется очаг пластической деформации около рабочих кромок пуансона и матрицы.

В разделительных операциях зазор между пуансоном и матрицей обычно составляет десятые или даже сотые доли от толщины заготовки.

Обычно в формоизменяющих операциях кромки пуансона и матрицы скруглены радиусами, значительно большими толщины заготовки; зазор принимается немного большим толщины заготовки.

Дадим краткую характеристику основных разделительных и формоизменяющих операций листовой штамповки. Из разделительных операций отметим следующие.

Отрезка — полное отделение части заготовки по незамкнутому контуру.

Вырубка — отделение части заготовки по замкнутому контуру в штампе, причем отделенная, смещенная в матрицу часть заготовки является деталью или полуфабрикатом для последующей штамповки, механической или иной обработки.

Пробивка — отделение части заготовки по замкнутому контуру в штампе, причем отделенная, смещенная в матрицу часть заготовки является отходом (получение отверстий).

Надрезка — отделение части заготовки по незамкнутому контуру без нарушения связи разделяемых частей заготовки по другим участкам контура.

Обрезка — отделение краевой части (припуска) полуфабриката, полученного формоизменяющими операциями.

Зачистка — отделение припуска со снятием стружки на боковых поверхностях полуфабриката, полученного вырубкой или пробивкой отверстия.

Во всех операциях, за исключением зачистки, очаг пластической деформации охватывает всю толщину заготовки и имеет ограниченную, по возможности минимальную протяженность в плоскости заготовки (в направлении, перпендикулярном к поверхности раздела).

В зачистных операциях очаг деформации еще более локализован вблизи режущей кромки и охватывает лишь долю толщины заготовки; удаление припуска осуществляется срезанием стружки, аналогично тому как это имеет место при обработке резанием. Из формоизменяющих операций отметим следующие:

Гибка - изменение кривизны срединной поверхности заготовки без существенного изменения ее линейных размеров. Очаг деформации охватывает всю толщину заготовки и имеет значительную протяженность в поперечных направлениях, причем поле напряжений и деформаций переменно по толщине заготовки.

Вытяжка без утонения стенки - превращение плоской заготовки в полое изделие или увеличение высоты полого полуфабриката путем протягивания через матрицу с уменьшением поперечных размеров заготовки, но без принудительного ее утонения. Очаг пластической деформации охватывает периферийные участки заготовки (фланец), схема напряженного состояния в очаге деформации близка к плоской разноименной с меридиональными растягивающими напряжениями.

Вытяжка с утонением стенки — увеличение высоты полого полуфабриката за счет уменьшения толщины его стенки. Очаг деформации обычно охватывает часть заготовки, которая находится в зазоре между пуансоном и матрицей и одновременно контактирует с поверхностями пуансона и матрицы.Схема напряженного состояния в очаге деформации объемная разноименная с меридиональными растягивающими напряжениями.

Обжим — уменьшение поперечного сечения краевой части полого полуфабриката путем заталкивания его в сужающуюся рабочую полость матрицы. Очаг деформации контактирует только с рабочей полостью матрицы, а схема напряженного состояния близка к плоской одноименной схеме сжатия.

Отбортовка — образование горловин путем вдаливания в матрицу части заготовки, противостоящей отверстию матрицы, с одновременным увеличением периметра отверстия, предварительно пробитого в этой части заготовки. Очаг деформации охватывает часть заготовки, находящуюся напротив отверстия матрицы, а схема напряженного состояния в нем близка к плоской одноименной схеме растяжения.

Раздача — увеличение поперечных размеров краевой части полого полуфабриката путем внедрения в него пуансона с постепенно увеличивающимися размерами поперечного сечения. Очаг деформации контактирует только с рабочей поверхностью пуансона, а схема напряженного состояния близка к плоской разноименной, с меридиональными сжимающими напряжениями при опоре заготовки на торец.

Формовка — образование местных выпуклостей за счет уменьшения толщины заготовки при неизменных ее наружных размерах. Очаг деформации обычно охватывает часть заготовки, расположенную напротив отверстия матрицы, а схема напряженного состояния близка к плоской одноименной схеме растяжения.

Во всех операциях листовой штамповки поле напряжений и деформаций неоднородно, т. е. напряжения в очаге деформации являются функцией координат в каждый момент деформирования; кроме того, они могут изменяться во времени по мере деформирования заготовки.

Величина и распределение напряжений в очаге деформации зависят от многих факторов, связанных с размерными характеристиками инструмента, с контактными условиями деформирования,с температурно-скоростными условиями деформирования и т.п. При формоизменяющих операциях напряжения и деформации, которые имеют место в очаге деформации, в большинстве случаев определяют величину допустимого формоизменения заготовки. Заметим, что величина допустимого формоизменения в операциях листовой штамповки ограничивается или разрушением заготовки, или потерей устойчивости, приводящей к недопустимому искажению формы.

В тех случаях, когда в пределах допустимого формоизменения заготовки при однократном и одновременном деформировании не удается получить формоизменение, потребное для получения заданной детали, выполнение операции разделяется на переходы. Чем больше потребное формоизменение и чем меньше допустимое формоизменение, тем большее число переходов необходимо для изготовления данной детали. Следовательно, для сокращения длительности технологического цикла и уменьшения потребного числа переходов необходимо максимально увеличить допустимое формоизменение.

Анализ процесса деформирования заготовки в операциях листовой штамповки с использованием теории пластичности позволяет оценить характер и степень влияния отдельных факторов на величину допустимого формоизменения заготовки.

Аналитическое и численное решение задач, связанных с отысканием полей напряжений и деформаций, и определение на основе этого решения величины допустимой степени деформации с учетом влияния основных факторов составляет первую задачу, решаемую теорией листовой штамповки.

Выявление причин брака и борьба с ним вызывают большие трудности при отладке технологических процессов листовой штамповки.

Сложность зависимостей и одновременность влияния многих факторов на процесс деформирования создают большие трудности в установлении причин возникновения отдельных дефектов, а иногда и в уяснении механизма их образования. Отсюда второй задачей, решаемой теорией листовой штамповки, является выяснение механизма деформирования заготовки, оценка характера и степени влияния отдельных факторов на процесс деформирования для нахождения причин образования дефектов штампуемых деталей и способов борьбы с ними.

Точность штампованных деталей, служащая одним из показателей их качества, зависит от условий штамповки и величин напряжений и деформаций, возникающих в заготовке при ее деформировании.

Третьей задачей, решаемой теорией листовой штамповки, является оценка влияния условий деформирования и, в частности, величины и распределения напряжений, возникающих в заготовке при ее деформировании, на точностные показатели получаемых деталей.

При разработке технологических процессов и их отладке зачастую возникают трудности, связанные с получением заданных размерных и прочностных характеристик штампованных деталей. Это вызвано тем, что поле деформаций, являющееся функцией поля напряжений, зависит от условий деформирования и может изменяться в процессе деформирования.

Отыскание поля конечных деформаций или же величины деформаций, получаемых любым элементом заготовки в результате ее деформирования, является четвертой задачей, решаемой в теории листовой штамповки.

Решение указанных и некоторых других задач может дать технологам научно обоснованные данные по проектированию и отладке технологических процессов листовой штамповки.

Следует отметить, что решение этих задач на основе теории пластичности с учетом одновременного влияния многих факторов наталкивается на значительные математические трудности, не позволяющие в большинстве случаев получить точные решения в виде формул, функционально отражающих влияние основных факторов на процесс деформирования. В то же время такие формулы представляют особую ценность, так как они позволяют не только осознать процесс деформирования в той или иной операции листовой штамповки, но и создать условия для сознательного управления технологическими процессами.

Трудности, связанные с учетом влияния многих факторов на процесс деформирования в математическом анализе операций листовой штамповки, привели к тому, что вначале учитывали лишь некоторые из основных факторов (например, величину формоизменения и трение на контактных поверхностях) при значительном упрощении формы очага деформации. Полученные зависимости давали неточное представление о процессе деформирования и могли явиться исходными для отыскания формул, позволяющих приближенно определять усилие деформирования.

По мере изучения процесса деформирования в операциях листовой штамповки и разработки способов учета все большего числа влияющих факторов в аналитических решениях последние становились точнее, а главное, они более полно отражали реальные условия деформирования. Увеличивалась и практическая ценность полученных формул и зависимостей, так как они позволяли не только более точно оценивать влияние отдельных факторов на величину потребного усилия деформирования, но и решать другие интересующие технологов вопросы, связанные с определением допустимой степени деформации, оценкой точности получаемых деталей и т. п.

Большой вклад в разработку научных основ технологии листовой штамповки внесли многие отечественные и зарубежные ученые. Большую ценность представляют труды советских ученых С. И. Губкина, Л. А. Шофмана, И. А. Норицына, Р. В. Пихтовникова, Е. И. Исаченкова, А. Д. Томленова, М. Н. Горбунова, В. Т. Мещерина, И. П. Ренне и многих других, а также зарубежных ученых Г. Закса, Э. Зибеля, X. Свифта, Э. Томсена, Ш. Кабояши, В. Джонсона и др.

Теория листовой штамповки продолжает развиваться и совершенствоваться.

Развиваются направления теории листовой штамповки, связанные с учетом таких особенностей, как влияние инерционных сил и волновых процессов при импульсном нагружении, влияние анизотропии механических свойств заготовки, переменного температурного поля и т. п.

Сервис обратного звонка RedConnect