Оборудование. Основные стадии и операции при штамповке

Основным оборудованием (машинами) для холодной штамповки служат универсальные и специальные прессы. На универсальных прессах выполняют разные штамповочные операции: вырубку, гибку, вытяжку и др.; а на специальных - только определенные, например глубокую вытяжку, специальную гибку.

По способу привода рабочих органов прессы подразделяют: на механические, гидравлические, пневматические, электромагнитные. У механических прессах рабочие органы приводятся в действие электродвигателем с помощью механической передачи, у гидравлических - плунжером гидравлического цилиндра, который перемещается под действием жидкости высокого давления, и т. п.

Пресса для штамповки могут быть простого действия - с одним ползуном и двойного или тройного действия - соответственно с двумя или тремя ползунами, имеющими самостоятельные приводы. Первые обычно универсальны, а вторые и третьи относятся к специальным прессам и применяются главным образом для глубокой и сложной вытяжки.

Современные штамповочные прессы оснащаются устройствами для механизации или автоматизации работы или представляют собой пресс-автоматы.

Для получения заготовок исходный материал для штамповки нередко разрезают на механических или гидравлических ножницах разных типов.

Кривошипные или гидравлические листовые ножницы предназначаются для прямолинейной резки листов на полосы или на отдельные заготовки. Широкую ленту разрезают на узкие полосы на дисковых ножницах с цилиндрическими ножами. Вырезку или обрезку по криволинейному контуру можно выполнять на высечных или вибрационных ножницах, или на дисковых с коническими ножами. Сортовой прокат и профили разрезают на пресс – ножницах, или на комбинированных пресс - ножницах.

Кроме прессов и ножниц, в цехах холодной штамповки устанавливают и иное оборудование, например машины, станки для накатки резьб и т. д. Однако количество таких машин в цехах холодной штамповки относительно невелико.

Конструкции прессов, ножниц и других машин для холодной штамповки непрерывно совершенствуют. Повышается их производительность и оснащенность устройствами для механизации и автоматизации работы, улучшается удобство их обслуживания.

Операции холодной штамповки могут осуществляться на механических и гидравлических прессах, а так же на холодноштамповочном оборудовании других видов.

К механическим прессам относятся:

- кривошипные пресса общего назначения, на которых выполняют различные операции листовой штамповки после соответствующей переналадки;

- кривошипные вытяжные пресса двойного действия, используемые для глубокой вытяжки из листовой заготовки;

- кривошипно-коленные пресса – чеканочные, предназначенные для холодной объемной штамповки;

- винтовые пресса на которых выполняют операции объемной штамповки;

- листоштамповочные и холодновысадочные пресса - автоматы.

Штамповку осуществляют в штампах (инструмент) и в основном на прессах (машины). При штамповке металла заготовки деформируются, приобретая заданные формы. Основными деформирующими (обрабатывающими) деталями штампа служат пуансон и матрица.

Штампом называют технологическую оснастку, с помощью которой заготовка в процессе ее обработки приобретает требуемые форму и размеры. Штамп состоит из двух сборных единиц - блока и пакета. Блок служит для крепления пакета и совмещения рабочих деталей штампа во время штамповки. Он состоит из верхней и нижней плит, направляющих колонок и втулок. За верхнюю плиту штамп крепится к ползуну пресса, а нижняя закрепляется на подштамповой плите, устанавливаемой на столе пресса. Колонки и втулки служат для точного направления верхней плиты относительно нижней в процессе их взаимодействия. В пакет собираются рабочие детали штампа и вспомогательные детали, которые служат для фиксации и крепления рабочих, а также для выполнения действий, сопровождающих операции или переходы. Пакет крепится в блоке штампа.

По технологическому признаку различают несколько видов штампов. Штампы простого действия применяют для выполнения одной или нескольких одинаковых технологических операций за один ход ползуна пресса в переделах одного шага штамповки. Эти штампы отличаются простотой конструкции и меньшей стоимостью. В штампах совмещенного действия выполняются одновременно две или несколько технологических операций (переходов) за один ход ползуна пресса в пределах одного шага штамповки. В штампах последовательного действия выполняется несколько технологических операций (переходов) за несколько ходов ползуна пресса и за несколько шагов штамповки. Штампы совмещенного и последовательного действия более трудоемки в изготовлении и стоимость их больше, однако их использование позволяет изготовлять сложные изделия с более высокой производительностью.

По технологическому назначению штампы объединяют в группы, к которым относятся штампы для разделительных операций (вырубка, пробивка, отрезки) и штампы для формоизменяющих операций (вытяжки, гибки, формовки, чеканки, выдавливания и др.). При изготовлении сложных изделий применяют комбинированные штампы. Например, в одном штампе могут производиться вырубка и пробивка, пробивка и отрезка, вырубка и вытяжка, калибровка и чеканка и др. Применяют также штампы с направляющими плитами и без них.

Матрицы изготовляют из сталей Х12М, Х12Ф1, Х4В7ФМ и ШХ15. Наибольшее распространение для изготовления пуансонов получили стали Х12М и Р6М5. Пуансоны и матрицы закаливают до твердости НRС 58-60. Наиболее износостойкими материалом для матриц являются твердые сплавы вольфрамовой группы - ВК15, ВК20С, ВК20КС и др. (ГОСТ 3882-74). Верхние и нижние плиты изготовляют из стали 40Л с твердостью НRС 28-32.

Пайка и склеивание

Пайка - способ образования неподвижных соединений за счет смачивания твердых поверхностей более легкоплавким расплавленным металлом (припоем). При смачивании устанавливаются межатомные связи между соединяемыми деталями и припоем. С помощью пайки ведут сборку различных типов соединений: внахлест, встык, тавровые, телескопические. Паяное соединение состоит из трех зон: припой и две диффузионные зоны «припой - соединяемый металл». Для обеспечения смачивания припоем паяных поверхностей необходимо удаление жировых и окисных пленок механическим (стальными щетками, абразивной или ультразвуковой обработкой) или химическим (травление) путем.

Элементами паяного соединения являются: зазор между соединяемыми поверхностями; галтель - валик припоя вокруг паяного соединения, образуемый после пайки; паяный шов.

Технологический процесс пайки включает в себя подготовку поверхностей, сборку деталей, укладку припоя (возможно, с нанесением флюса), пайку (местный или общий нагрев), обработку соединения после пайки (удаление лишнего припоя, флюса). Припой - чистый металл или сплав, вводимый в зазор между паяными поверхностями. Для низкотемпературной пайки обычно применяют припои на основе сплава «олово-свинец». Припои специального назначения имеют добавки: галлий, индий, кадмий, серебро, золото.

Таблица 3.1 Характеристика и назначение некоторых припоев.

Виды пайки

В соответствии с технологическими особенностями процесса пайку классифицируют по следующим признакам:

- по характеру взаимодействия твердого и жидкого металлов при возникновении спая;

- по особенностям технологии образования паяного соединения;

- по способам нагрева.

По первому признаку выделяют пять видов спаев.

1. Бездиффузионный - в процессе пайки основной металл и жидкий припой вступают в физико-химическое взаимодействие, обусловленное разницей их свойств и энергетического состояния. При снижении температуры пайки и времени выдержки интенсивность взаимодействия уменьшается и появляется возможность образования химических связей при отсутствии диффузии в объеме взаимодействующих металлов.

2. Диффузионный - наблюдается растворение основного металла в припое и взаимная диффузия элементов входящих в состав припоя и основного металла. Используется для повышения температуры плавления припоя и выравнивания химического состава шва и основного металла.

3. Капиллярный - расплавленный припой затекает в зазор благодаря смачиванию стенок капилляра. Заполнение зазора зависит от величины поверхностного натяжения и плотности припоя.

4. Контактно-реактивный - жидкий припой образуется в результате взаимодействия с основным металлом (взаимной диффузии) введенных в зазор твердых металлических прокладок или покрытий, которые наносятся на контактируемые поверхности различными методами металлизации. При этом температура плавления припоя ниже температуры плавления металла прокладок.

5. Металлокерамический - осуществляется припоями наполнителями (порошками или волокнами) более тугоплавких, чем припои, металлов. Шов образуется в результате взаимодействия жидкой части припоя с основным металлом и наполнителем, что приводит к повышению температуры плавления и прочности металла шва. Такие припои обладают малой растекаемостью, и перед пайкой их закладывают в зазор между деталями.

Нагрев деталей при пайке может быть местным (в районе шва) и общим. По температурам плавления припои делятся на мягкие (Тп > 450 °С) и твердые (Тп = 450…900 °С). Местный нагрев может производиться пламенем газовой горелки, индукционным нагревом, паяльником. Общий нагрев производится в печах, пайкой погружением в ванну расплавленных солей, флюсов, припоя.

Взаимодействие между металлами при пайке может завершаться на разных стадиях развития процессов между основным металлом и припоем. В соответствии с этим будут меняться состав, структура спая и отдельных зон паяного соединения. Если процесс прекращается на стадии возникновения химических связей, когда можно пренебречь взаимной диффузией паяемого металла и расплава припоя, то образуется бездиффузионный спай. Последующая выдержка во времени создает условия для развития диффузионных процессов. Спай, который образуется в условиях протекания растворно-диффузионных процессов, называют растворно - диффузионным. Спаи, возникающие в результате контактного плавления (переход в жидкое состояние разнородных материалов при температуре ниже их точки плавления), относят к контактно - реакционным.