Разделительные операции деформирования листового металла

 В понятие «листовой металл» включают листы, полосы, ленты в рулоне и штучные листовые заготовки. Операции деформирования листового металла делят на две группы: разделительные и формоизменяющие операции.

Разделительные операции входят в каждый пооперационный маршрут изготовления детали из листового металла. В зависимости от назначения и вида используемого инструмента различают разделительные операции: отрезка, вырубка, пробивка, надрезка и др. Но во всех этих операциях механизм взаимодействия режущих кромок инструмента и металла заготовок одинаков.

В разделительных операциях пластическое деформирование происходит в начальной стадии процесса, а  затем практически всегда завершается разрушением металла. При этом стремятся максимально локализовать очаг пластической деформации (рис. 46, а), чтобы уменьшить искажение заготовок. Для этого режущие кромки должны быть максимально острыми, а зазор z между ними минимальным. Наличие положительного зазора приводит к тому, что силы, приложенные к заготовке со стороны инструмента, образуют момент, равный произведению равнодействующих этих элементарных сил на плечо, несколько большее, чем зазор z. Наличие момента приводит к стремлению заготовок повернуться и согнутся. Для предотвращения этого поворота обычно хотя бы одну из частей заготовки прижимают к инструменту (давлением Q, рис. 46).

Процесс деформирования можно разделить на три стадии: упругая деформация, пластическая и скалывание. Пластическая деформация сначала сосредотачивается у режущих кромок и по мере их внедрения распространяется на всю толщину, вызывая смещение одной части заготовки относительно другой. Из-за наличия предшествующих упругих деформаций и некоторого поворота заготовки вследствие действия момента на первой стадии внедрение режущих кромок вызывает образование гладкого блестящего пояска на поверхности среза. При достижении предельной величины деформации от режущих кромок образуются трещины, быстро развивающиеся в толщину заготовки; при слиянии этих трещин происходит отделение одной части заготовки от другой. На поверхности среза можно видеть за блестящим пояском характерную поверхность излома металла (рис. 46б), расположенную под некоторым углом β к вертикали. Средняя величина β колеблется от 4 до 6º, уменьшаясь с увеличением прочностных характеристик материала заготовки, а глубина внедрения режущей кромки h до появления трещины колеблется от 0,1 до 0,5 толщины заготовки, увеличиваясь с увеличением пластичности материала. Из простой геометрической зависимости: , можно сделать вывод, что величина зазора, обеспечивающая слияние трещин, уменьшается с повышением пластичности разделяемого металла.

    Уменьшение зазора по сравнению с этой оптимальной величиной приводит к тому, что трещины не встречаются и поверхность среза получается рваной, с поясками дополнительных срезов. При увеличении зазора относительно оптимального, трещины сливаются, но наклон поверхности среза β возрастает, увеличивается вероятность образования торцевого заусенца, увеличиваются искажения, вызванные действием момента с увеличением плеча сил. Протяженность зоны пластических деформаций увеличивается с увеличением зазора и по мере притупления режущих кромок. В то же время с уменьшением зазора увеличиваются нормальные контактные напряжения σ_z (рис. 46), что приводит к более быстрому притуплению и износу боковых поверхностей режущего инструмента.

    После разделительных операций чаще всего имеет значение для дальнейшей обработки заготовок тот факт, что около поверхности среза на глубину пластических деформаций имеет место упрочнение металла. Наличие упрочненной зоны нежелательно, если последующее пластическое деформирование сопровождается растягивающими напряжениями в этой зоне; если наклепанные участки при эксплуатации детали получают циклические нагрузки или если деталь работает в агрессивной среде. Опыты показывают, что ширина наклепанного слоя от поверхности раздела составляет до половины толщины заготовки.

    Отрезка – отделение заготовки по незамкнутому контуру, осуществляется на ножницах или штампах.

    При отрезке на ножницах с поступательным движением параллельных режущих кромок необходимое усилие можно приближенно определить по формуле:

P = S ∙ B ∙ σ _ср ∙ k ,

где S – толщина листа;

B – длина линии разделения;

σ_ср – сопротивление срезу;

k=1,1…1,3 – коэффициент, учитывающий отклонение реальных условий от тех, при которых находятся σ_ср.

    Для уменьшения усилия используют ножницы с углом наклона α между режущими кромками – гильотинные (рис.47). С увеличением угла α усилие отрезки уменьшается, но угол α должен быть меньше угла трения, чтобы заготовка не выжималась из-под режущих кромок; кроме того, с увеличением α увеличивается изгиб-скручивание отрезаемой полосы. Обычно угол α составляет от 2 до 8º (в зависимости от максимальной толщины разрезаемого на ножницах листа). На гильотинных ножницах в холодном состоянии режут листовой металл толщиной до 40 мм.

    При отрезке на дисковых ножницах ножи в виде дисков осуществляют не только разделение заготовки, но и ее подачу к ножам (рис. 47,б). Дисковые ножницы позволяют разделять заготовки по кривой линии неограниченной по существу длины; производительность при этом больше, чем на гильотинных ножницах. Однако отрезаемые полосы искривляются сильнее и нуждаются в правке. Используют диаметр ножей от 52 до 250 мм. Режут лист толщиной до 20 мм.

    Вырезкой называют операцию последовательного разделения заготовок по замкнутому контуру. Эта операция наиболее характерна для ремонтного производства, когда применение специализированного инструмента (штампов) экономически не оправдано.

    Вырезку чаще осуществляют на дисковых и вибрационных ножницах. Дисковые ножницы для вырезки отличаются тем, что оси ножей расположены к плоскости разрезаемого листа под углом, отличным от 90º, а чаще всего под углом 45º (рис. 48, а). Заготовка обычно поворачивается относительно ножей вручную; чтобы сделать возможным легкий поворот заготовки относительно ножей, их режущие кромки не доходят друг до друга и имеют зазор по вертикали C ≈ (1/3…1/4)∙S, где S – толщина листа. Такой зазор гарантирует разделение листа, т.к. его величина (как указывалось выше) гарантированно меньше части толщины листа, на которой происходит скалывание.

    Кроме того, поворот заготовки относительно ножей облегчает боковая поверхность конической формы. Последняя позволяет получить минимальную кривизну линии реза, равную кривизне проекции режущей кромки на плоскость листа.

    Вибрационные ножницы, применяемые также для вырезки, представляют собой как бы миниатюрные гильотинные ножницы с малым рабочим ходом (2…3 мм), с длиной ножей 3…10 мм и большим числом ходов (20…40 ходов в секунду), (рис. 48, б). Угол створа у этих ножей – 20…30º, что вынуждает применять принудительную подачу заготовок к ножам. Из-за большого угла створа и малого захода одного ножа за другой можно вырезать заготовки с малыми радиусами кривизны (порядка 15 мм).

     Однако качество среза часто бывает неудовлетворительным из-за быстрого затупления ножей и прерывистости процесса разделения.

    При вырубке и пробивке верхняя подвижная режущая кромка обычно расположена на пуансоне, а нижняя – на матрице; расположены режущие кромки в параллельных плоскостях, поэтому процесс разделения заготовки происходит одновременно по всей замкнутой линии раздела. Это приводит к тому, что напряжения, действующие со стороны металла на боковые поверхности инструмента, при прочих равных условиях будут меньше, чем при отрезке. Но если располагать линию разделения близко к краю заготовки (или пробитого отверстия), то нормальные напряжения, действующие на боковую поверхность пуансона, будут неравномерно распределены по периметру линии раздела. Это может привести к различной величине зазора по периметру. Вследствие чего ухудшается качество поверхности среза и снижается стойкость инструмента.

    При вырубке размеры детали совпадают с размерами матрицы, а при пробивке размеры отверстия – с пуансоном. В случае вырубки все размеры ставят на чертеже матрицы, а на чертеже пуансона делают примечание: «Пуансон пригнать по матрице с зазором z_min» (в случае пробивки – наоборот). Однако это относится к вырубке и пробивке так называемым «жестким» инструментом, т.е. металлической парой пуансон – матрица. Учитывая важность точного зазора между ними, понятна необходимость штампа с направляющими, а также устройствами для прижима заготовки к матрице, съема ее с пуансона др. Однако такой специализированный инструмент в ремонтном производстве себя обычно не окупает. В таком случае бывает целесообразным применять процессы вырубки и пробивки с использованием дешевой, хотя бы частично универсальной оснастки, например, вырубку резиной и пластичными металлами.

    При вырубке резиной (рис. 49) на подштамповую плиту устанавливают стальной шаблон 1, наружный контур которого соответствует контуру вырезаемой детали 2. Роль матрицы выполняет резиновая подушка 3, заключенная в контейнер 4, прикрепленный к ползуну пресса, при опускании которого резина сначала отгибает свисающие края заготовки, прижимает их к подштамповой плите и затем обрывает по наружной острой кромке шаблона. Таким же образом может производится и пробивка отверстий. 

    Детали, полученные вырубкой резиной, имеют обычно нечистые рваные края, поэтому после вырезки деталей нужна зачистка (опиловка) их кромок.

    Требуемое усилие при вырубке резиной определяется исходя из площади свободной поверхности резиновой подушки и давления на нее, необходимого для вырубки материала данной марки и толщины. Конфигурация детали и длина ее контура в данном случае существенного значения не имеют, т.к. усилие сжатия резины значительно превышает усилие вырубки, которым можно пренебречь. Затраты большей части работы на сжатие резины является недостатком данного процесса.

    В процессе штамповки происходит износ и разрушение поверхностного слоя резины, которая должна обладать определенными механическими свойствами. В то же время в авторемонтных цехах для вырубки металлических прокладок и других деталей вместо листовой резины с успехом применяют пластины, вырезанные из изношенных покрышек. Лучшим, чем резина, комплексом механических свойств обладает полиуретан, существующий в форме нескольких марок. Вместо резины для вырубки небольших деталей из тонкого листа (до ≈ 8 мм) иногда используют пластичные металлы. В этом случае пуансон вдавливает листовую заготовку в пластину из более мягкого пластичного металла. Толщина подкладки должна составлять от 3 до 4 толщин штампуемого металла.

    Глубина вдавливания пуансона к моменту разделения металла заготовки зависит от пластичности металла подкладки, толщины и свойств штампуемого металла и некоторых других факторов. Например, при вырубке деталей толщиной до 0,5 мм на алюминиевой подкладке глубина вдавливания составляет 1,5…2 толщины заготовки, а при штамповке на свинцовой подкладке – 2,5…4 толщины заготовки.

    Вырубка пластичными металлами позволяет создать более высокое давление, чем при штамповке эластичными материалами; благодаря этому становится возможной вырубка более точных деталей сложной конфигурации. Поверхность среза при этом получается более высокого качества. Однако этот способ неэкономичен из-за большого расхода пластичного металла.

 

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться: