Физико-химические основы технологических процессов

 

Курсовая работа

по курсу «Физико-химические основы технологических процессов»

 

Содержание

 

 

 

Введение

 

В реферате описаны схемы процессов разделения листового материала сдвиговыми деформациями (по незамкнутому контуру и замкнутому), дано определение операции вырубки и пробивки, понятие карты раскроя.

Схемы процессов разделения листового  материала сдвиговыми деформациями (по незамкнутому контуру и замкнутому)

 

Все детали, получаемые методом  листовой штамповки, изготовляют путем  применения элементарных операций.

Операции листовой штамповки  делятся на две группы: разделительные операции, в которых одну часть  заготовки отделяют от другой, и  формоизменяющие операции, в которых одна часть заготовки перемещается относительно другой без разрушения заготовки.

Разделительными операциями будут отрезка, вырубка по контуру, вырезка, пробивка (проколка), просечка, надрезка, обрезка, разрезка, зачистка.

Отрезкой называется операция отделения части заготовки  по незамкнутому контуру. Отрезку применяют  для разделения листа на полосы заданной ширины. Основными типами ножниц, которыми разрезают листы, являются ножницы с параллельными и наклонными ножами и дисковые с вращательным движением ножей. Листовые ножницы изготовляют для резки листов шириной до 3200 мм и более, толщиной до 60 мм. У гильотинных ножниц угол а между режущими кромками ножей не должен превышать 15°, в противном случае заготовка в процессе отрезки выталкивается из-под ножей. Обычно этот угол берут равным 4-8°.

Скос ножей у гильотинных  ножниц уменьшает усилие по сравнению  с усилием, потребным для отрезки  на ножницах с параллельными режущими режущими кромками, но увеличивает  рабочий ход ножа.

Диаметр дисковых ножей при резке листового металла берут D = (50 -60) s, где s - толщина материала, мм.

При анализе напряженно-деформированного состояния материала в процессе разделительных операций листовой штамповки  установлено, что в зоне близ режущих  кромок инструмента происходит утонение материальных волокон; поверхностные слои заготовки фактически расплющиваются и образуют твердую полированную поверхностную пленку. После окончания процесса вырубки эта пленка обнаруживается в виде блестящих поясков в верхней части образовавшегося в листе отверстия и в нижней части вырубленной детали. Величина блестящего пояска определяется для данной схемы разделительной операции предельной деформацией удлинения штампуемого материала (расплющивания).

Проникновение пуансона в заготовку на величину блестящего пояска называют первой стадией процесса. Вторая стадия начинается при появлении разрушения материальных волокон в зоне их наибольшего удлинения, т. е. в зоне режущих кромок инструмента. В дальнейшем отдельные разрушения разрастаются по поверхности разъединения и обусловливают окончательное отделение вырубки от листа.

Напряженно-деформированное  состояние заготовки при вырубке  следующее: в зоне торцевых граней режущих  кромок пуансона и матрицы в направлении  главной оси, совпадающей с направлением движения пуансона, происходит деформация сжатия, в радиальном направлении — деформация удлинения и в тангенциальном направлении, перпендикулярном первым двум, — деформация незначительного удлинения. Вид напряженно-деформированного состояния — сдвиг смежный со сжатием.

На зоне поверхности  разъединения, которая относительно направления движения пуансона наклонена  примерно на 45°, происходит деформация сжатия, в радиальном направлении — деформация удлинения. Напряженно-деформированное состояние близко к сдвигу.

Вырубка - это операция отделения части заготовки по замкнутому контуру, причем отделяемая часть идет на деталь (изделие).

Пробивкой называется отделение  части заготовки по замкнутому контуру, причем отделяемая часть является отходом (получение отверстий).

Определение операции вырубки и  пробивки

 

Для штамповки в качестве оборудования используют прессы, а  в качестве инструмента (оснастки) —штампы.

Вырубка и пробивка листового металла  в штампах являются самыми распространенными  операциями холодной штамповки. В результате вырубки (пробивки) происходит отделение одной части металла от другой аналогично процессу разрезки ножницами, но по замкнутому контуру.

Вырубку и пробивку осуществляют пуансоном и матрицей, конфигурации которых соответствуют конфигурации детали. Для успешного выполнения операций нужно, чтобы рабочие кромки пуансона и матрицы были острыми, а зазор на сторону между пуансоном и матрицей был равен 5-10% толщины заготовки. Правильно выбранный зазор обеспечивает чистый срез по периметру вырубаемой детали или пробиваемого отверстия и увеличивает стойкость штампа. Зазор между пуансоном и матрицей при вырубке образуется за счет уменьшения размеров пуансона. Размеры отверстия матрицы берутся равными размерам изделия. При пробивке отверстия зазор между пуансоном и матрицей устанавливается за счет увеличения рабочего отверстия матрицы. Размеры пуансона берутся равными размерам отверстий.

В начале вдавливания  пуансона в заготовку последняя  прогибается; вблизи режущих кромок пуансона и матрицы создается концентрация напряжении, что вызывает течение металла заготовки и образование зоны смятия. Это местное смятие будет развиваться до тех пор, пока но всей толщине заготовки не возникнут напряжения, достаточные для образования линии скольжения. В результате этих явлений развивается деформация сдвига, сопровождаемая изгибом и растяжением, вплоть до начала образования скалывающих трещин. При дальнейшем вдавливании пуансона около режущих кромок пуансона и матрицы на металле возникают скалывающие трещины. Эти трещины направлены под некоторым углом к поверхности листа и для того, чтобы они совпали, необходим определенный зазор между пуансоном и матрицей.

После совпадения скалывающих трещин происходит разъединение вырубаемого  контура. Для окончательного удаления вырубленной детали или отхода (при пробивке) необходимо преодолеть сопротивление трению, возникающему между поверхностями среза взаимно смещенных частей, а также между боковой поверхностью вырубаемой детали (отхода при пробивке) и поверхностью проходного отверстия матрицы

Усилие, необходимое для  вырубки или пробивки, зависит  от толщины материала, механических свойств материала, периметра разрезки, формы режущих кромок пуансона и  матрицы (которые могут быть плоскими или скошенными), величины зазора между пуансоном и матрицей, а также от состояния режущих кромок штампа.

Требуемое давление пресса берется больше расчетного усилия и  обычно принимается с поправочным  коэффициентом k=1,3, учитывающим неравномерность  толщины штампуемого материала, затупление режущих кромок штампа и т. д.

При использовании пружинного, резинового или пневматического съемника, прижима  или выталкивателя требуемое  давление пресса будет складываться из усилия вырубки (пробивки) и усилия, необходимого для сжатий буфера.

Наименьшее значение усилия вырубки получается при некоторых оптимальных технологических зазорах для каждого штампуемого материала и его толщины, соответствующих таким условиям разрезки, при которых трещины, идущие от пуансона и матрицы, сходятся. Это способствует получению наиболее чистой поверхности среза, отсутствию заусенцев и сохранению стойкости штампа.

Если зазор между пуансоном  и матрицей мал, то окалывающие трещины  не совпадут друг с другом и поверхность  среза получится неровной, с двойным  пояском.

Чрезмерно большой зазор ведет к появлению вырывов и заусенцев по контуру детали. На качество поверхности среза влияет также и неравномерное распределение зазора по контуру.

При вырубке деталей  технологический зазор обеспечивают за счет уменьшения размеров пуансона, а при пробивке отверстий—за счет увеличения рабочего отверстия матрицы.

Величину зазора устанавливают  в зависимости от толщины и  рода штампуемого материала.

При пробивке отверстий  с гладкими стенками применяют уменьшенную  величину зазора. Особенно чистую поверхность среза дает сильный прижим материала при малой величине зазора.

При вырубке (пробивке) деталей  толщиной менее 0,3 мм применяют беззазорные  штампы. В этом случае рабочий контур незакаленной матрицы получают прошивкой  готовым закаленным пуансоном или же рабочий контур незакаленного пуансона получают протягиванием его сквозь закаленную и доведенную матрицу. Таким же образом изготовляют штампы и для пробивки мелких отверстий (когда диаметр отверстия равен толщине материала или меньше ее).

Дефекты поверхности среза и заусенцы образуются также при затуплении режущих кромок пуансона и матрицы. При затуплении режущих кромок пуансона заусенцы образуются по контуру вырубаемой детали, а при затуплении режущих кромок матрицы заусенцы возникают вокруг пробитого отверстия. Если затупились и пуансон, и матрица, заусенцы образуются и на детали, и вокруг отверстия на штампуемом материале.

При вырубке толстого материала или деталей больших  размеров для уменьшения усилия вырубки  и пробивки изготовляют штампы с симметрично скошенными режущими кромками у матриц (при вырубке) или у пуансонов (при пробивке). Благодаря скосу вырубка происходит не одновременно по всему контуру, а постепенно, по мере опускания пуансона. Поэтому усилие вырубки, как и усилие при разрезке ножницами с наклонным верхним ножом, будет значительно меньше, чем при вырубке штампом с параллельными режущими кромками. Скос должен быть двусторонним и симметричным относительно центра давления штампа, так как в противном случае возникают боковые усилия, которые часто приводят к «зарубанию» режущих кромок.

При вырубке деталей  пуансон делают плоским, а на матрице  делают скос. Деталь получается плоской, а отход — изогнутым.

При пробивке отверстия  матрицу делают плоской, а скос делают на пуансоне. В этом случае деталь остается плоской, а отход, выталкиваемый из матрицы, получается изогнутым.

Применение скосов снижает  усилия вырубки и пробивки до 50% по сравнению с усилием, необходимым  при работе штампом с параллельными  режущими кромками.

Чтобы уменьшить усилия при многопуансонной пробивке, пуансоны делают разной длины. Уменьшение нагрузки на пресс происходит потому, что усилия разрезки возникают неодновременно.

При пробивке толстых  листовых материалов берут обычно равной половине толщины заготовки, а. при пробивке тонких материалов (менее 2 мм) —равной толщине материала.

Детали, полученные вырубкой или после пробивки в них отверстий, имеют слегка конусную и шероховатую  поверхность среза. Для получения  деталей с точными размерами  по наружному или внутреннему контуру, с острыми кромками и с гладкой перпендикулярной поверхностью среза применяют операцию зачистки.

Обычная вырубка и  пробивка листового металла дают неровную, слегка косую и шероховатую  поверхность среза. В ряде случаев  изготовления штампованных деталей повышенной точности (4-го, 3-го и даже 2-го классов точности) требуется гладкая и перпендикулярная поверхность среза с шероховатостью до 8-го класса.

Повышенной чистоты  поверхности среза достигают  при вырубке и пробивке изменением геометрии рабочих частей штампа (заваливания режущих кромок матриц) или путем применения прижима заготовки под высоким давлением к поверхности матрицы, что вызывает изменение схемы напряженного состояния металла в зоне резания. Вследствие этого в процессе вырубки скалывающие трещины не возникают, а срез получается чистым по всей толщине материала заготовки. Последний способ является более прогрессивным.

Сущность чистовой вырубки  и пробивки под высоким давлением  состоит в том, что штампуемый материал прижимается с усилием  более 60 кГ/мм2 к поверхности матрицы. При вырубке один прижим действует на заготовку, а другой прижим — на собственно вырубаемую деталь. Чтобы воспрепятствовать перемещению материала во время чистовой вырубки, на торцовой поверхности прижима выполняется кольцевая зубчатая насечка. При таком способе вырубки ширина перемычки должна быть в 2,5—3 раза больше, чем при обычной вырубке. Величина удельного давления наружного прижима на этой перемычке и внутреннего прижима снизу на пуансон должна примерно равняться пределу прочности штампуемого материала.

Этот способ чистовой вырубки и пробивки широко применяется, но ограничивается толщиной обрабатываемого  материала и габаритными размерами  вырубаемых деталей и пробиваемых  отверстий. Толщина материала должна быть не менее 3 мм и не более 12 мм, а размеры детали в плане при вырубке не менее 10S, диаметр пробиваемых отверстий около 1S, расстояние между отверстиями (перемычка)—не менее 0,8 S.

Разновидностью рассмотренного способа чистовой вырубки (пробивки) является вырубка с применением поперечной осадки материала, которая создается за счет кольцевого острого ребра. При тонком материале такие ребра делают только на прижиме, а при толстом— на прижиме и на матрице Применение описанного способа несколько увеличивает расход материала вследствие увеличения размеров перемычек.