В основном штампованная деталь не требует дальнейшей механической обработки. Поэтому матрицы и пуансона должны быть тщательно рассчитаны и изготовлены с соблюдением всех технических требований.
Несмотря на то, что листовая штамповка является в какой-то мере стандартной операцией, конструктора часто сталкиваются с нетипичными проблемами: обработка металлов давлением учебник, как правило, предоставляет множество примеров конструкторских разработок частных случаев.
Листовая штамповка широко применяется практически во всех отраслях промышленности. Детали, полученные этим методом, отличаются высокой точностью.
От мельчайших деталей микроэлектроники до кузовов автомобилей – все это производится методом листовой штамповки. Специальность обработка металлов давлением наряду с обработкой металла резанием является одной из самых востребованных.
Вопросы для самоподготовки
1. Что представляет собой механическая обработка де-
талей?
2.На чем основана обработка металлов давлением?
3.Какие виды обработки металлов давлением сущест-
вуют?
4.Что такое объемная штамповка?
5.В чем заключается листовая штамповка?
35
ЛЕКЦИЯ №4
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
Теоретические вопросы:
4.1.Сущность обработки металлов давлением
4.2.Теоретические основы обработки металлов давле-
нием
4.1. Сущность обработки металлов давлением
Обработка металлов давлением основана на исполь-
зовании пластичности металла, т. е. его свойстве изменять первоначальную форму под действием внешних сил или внутренних напряжений без разрушения и сохранять вновь полученную форму после прекращения действия нагрузки. Обработка давлением обычно преследует две основные цели: получение изделий сложной формы из заготовок простой формы и улучшение кристаллической структуры исходного литого металла с повышением его механических свойств.
Получение изделий и полуфабрикатов при обработке давлением осуществляется путем пластического деформирования (перераспределения) металла исходной заготовки или разрезанием его без снятия стружки под давлением рабочего инструмента: бойков, штампов, ножей и др.
Объем металла и плотность его при этом практически не изменяются, поэтому объем исходной заготовки равняется объему полученного изделия плюс объем отходов металла в данном процессе обработки.
В качестве исходных заготовок при обработке давлением используют слитки из стали и цветных сплавов, а также сортовой и листовой прокат.
Обработка давлением является экономичным и прогрессивным технологическим процессом. Отходы металла при этом незначительны и не превышают обычно (за исклю-
36
чением свободной ковки) 20 - 25% от массы получаемого изделия или полуфабриката, а в ряде процессов, например при холодной штамповке, составляют всего 5 - 10%.
В то же время при формообразовании изделий обработкой резанием отходы металла в виде стружки составляют свыше 50% от веса готовой детали; расходуются непроизводительно рабочая сила, энергия, материалы, инструмент. В стружку удаляются наиболее прочные периферийные слои металла прутковых заготовок, имеющие лучшую мелкокристаллическую структуру.
Наряду с экономным расходованием металла и повышением его механических свойств в готовых изделиях обработка давлением обеспечивает чрезвычайно высокую производительность труда, по сравнению с другими методами обработки, благодаря высоким скоростям обработки и одновременному деформированию всего объема заготовки или значительной его части.
Например, при прокатке скорость выпуска готовой продукции достигает 20-30 м/сек; при горячей штамповке за 1 мин на одном штамповочном молоте или прессе изготовляются две-три поковки сложной формы при массе поковки до 20 - 50 кг; при холодной штамповке производится 1300 - 1500 мелких деталей в минуту на одном прессе-автомате.
Примером рационального изготовления изделия методом обработки давлением может служить изготовление болта М16 х 100 холодной высадкой на кривошипном прессеавтомате из заготовки диаметром 16 мм, длиной 139 мм, массой 0,22 кг.
Масса готового болта равна 0,21 кг; отход металла составляет лишь 4,8%. При изготовлении болта на токарноревольверном полуавтомате из шестигранной заготовки массой 0,57 кг отход металла в стружку составляет 171% от массы готового болта, при этом за 1 ч на станке изготовляется 40 болтов, а при высадке на прессе - 720 болтов, причем штампованные болты имеют лучшую макроструктуру и повышенную прочность.
37
Процессы обработки металлов давлением развиваются
исовершенствуются в направлении приближения формы и размеров заготовки к конфигурации и размерам готовой детали, что обеспечивает снижение трудоемкости последующей их обработки резанием, себестоимости продукции и повышение коэффициента использования металла.
Точность изделий, получаемых обработкой давлением, высока: например, прокаткой получают фольгу толщиной 2 - 3 мкм, с допуском в десятые доли мкм; волочением изготовляют проволоку диаметром 10 - 20 мкм, а холодной объемной
илистовой штамповкой получают готовые детали 3 - За классов точности, поступающие непосредственно на сборку.
При этом чистота поверхности указанных изделий достигает 9 - 10-го классов. В настоящее время в Российской Федерации обработке давлением подвергается около 90% всей выплавляемой стали и 55% цветных металлов и сплавов, или свыше 100 млн. т металла в год.
4.2. Теоретические основы обработки металлов давлением
Теория обработки металлов давлением - это наука о физической сущности и закономерностях процессов пластической деформации металлов в различных технологических условиях.
Основными ее задачами являются определение оптимальных условий для пластического деформирования металлов в холодном и горячем состоянии и расчет необходимых усилий деформации с целью правильного выбора мощности оборудования.
Упругая и пластическая деформация Деформацией называют изменение формы и размеров
тела под действием внешних сил или внутренних напряжений. Деформация называется упругой, или обратимой, если после удаления приложенных к телу сил оно полностью вос38
станавливает свои первоначальные форму и размеры. Если после прекращения действия внешних сил тело сохраняет вновь полученную форму, то такая деформация называется пластической или остаточной.
Упругая деформация предшествует пластической, так как она возникает при меньшей величине деформирующих сил и напряжений. Поэтому полная деформация тела в момент действия нагрузки равна сумме упругой и остаточной (пластической) деформаций.
При упругой деформации происходит искажение кристаллической решетки металла с отклонением групп атомов, расположенных в узлах решетки, от положений их устойчивого равновесия.
При снятии внешней нагрузки форма тела восстанавливается, а атомы кристаллической решетки принимают первоначальное положение, причем изменений в строении и свойствах металла не происходит.
Пластическая деформация металлов, имеющих неоднородное поликристаллическое строение, является сложным механическим и физико-химическим процессом, вызывающим коренные изменения в структуре металла и его свойствах в зависимости от тепловых и механических условий деформации.
Пластическая деформация отдельно взятого металлического кристалла может происходить путем скольжения или двойникования.
Скольжение представляет собой последовательные параллельные перемещения дислокаций вдоль кристаллографических плоскостей, наиболее плотно заполненных атомами. Как указано выше, дислокации представляют собой линейные дефекты кристаллической решетки вдоль прерванных плоскостей кристалла. При деформации кристалла перемещение отдельных объемов его происходит разновременно, а не сразу по всей плоскости скольжения. Дислокации смещаются последовательно микроскачками, и вместе с этим образуются новые дислокации. Таким образом, пластическая де-
39