Принципиальные особенности процессов. Термины и определения
Процессы холодной объемной штамповки имеют ряд принципиальных особенностей и ограничений, которые следует рассматривать совместно на основе положений теории обработки давлением. Так, в теории обработки металлов давлением доказано, что напряженное и деформированное состояние частицы тела в процессе пластической деформации определяется тензорами и девиаторами напряжений и деформаций. При решении технологических задач обычно используют инварианты тензоров, т. е. величины, составленные из компонентов тензора, которые остаются неизменными при перемене системы координат. При анализе процессов холодной объемной штамповки наиболее часто используют величины, составленные на базе первого инварианта тензора напряжений и второго инварианта девиатора напряжений: среднее напряжение а, интенсивность касательных напряжений и показатель напряженного состояния П. где огь а2, а3 — главные напряжения, из которых ох — наибольшее и сг3 — наименьшее. Растягивающим напряжениям приписывают знак плюс (+) , а сжимающим — знак минус (—). При формоизменяющих операциях холодной объемной штамповки большая часть заготовки находится в условиях всестороннего неравномерного сжатия, т. е. О > ах ^ а2 ^ а3 и ог Ф а3 при значительной абсолютной величине а. Следовательно, сопротивление деформированию заготовки при прочих равных условиях значительно больше, чем при вытяжке без утонения и с утонением стенки, при которых главные напряжения имеют разные знаки, а абсолютная величина а значительно меньше. Процессы вытяжки при листовой штамповке основаны на приложении растягивающего технологического усилия, величины о и П положительны. А чем меньшую роль в процессе играют растягивающие напряжения, тем меньше а и П и тем больше пластичность и деформируемость. Поэтому при операциях холодной объемной штамповки деформации значительно больше, чем при вытяжке, а следовательно, больше производительность и короче технологический цикл.
Деформируемость — способность металлического тела к пластической деформации без макро разрушения. Сопротивление деформированию — способность деформируемого тела в целом препятствовать пластической деформации. Мерой сопротивления деформированию является удельное усилие р. Усилие деформирования или технологическое усилие Р — внешняя сила, Н, передаваемая инструментом деформируемому телу через поверхность давления при обработке давлением. Удельное усилие, Па, — усилие деформирования на единицу площади давления F. Площадь давления — проекция поверхности давления на плоскость, перпендикулярную к направлению усилия деформирования. Поверхность давления — поверхность деформируемого тела, через которую передается усилие деформирования. Инструмент рабочий — части штампа, соприкасающиеся непосредственно или через промежуточный слой с деформируемым телом, через которые передается усилие деформирования либо создается препятствие свободному перемещению тела. Инструмент деформирующий — рабочий инструмент, через который передается приложенное деформирующее усилие. Промежуточный слой — слой, разделяющий поверхности соприкосновения деформируемого тела и инструмента (окислы, смазочный материал и др.). Для того чтобы получить высокие показатели микро геометрии изделий, используют инструмент и заготовки с высоким качеством поверхности. Высокие показатели качества поверхности заготовок и инструмента в сочетании с весьма значительными удельными усилиями и скольжением инструмента относительно металла создают необходимые условия для их взаимного прилипания. Прилипание или адгезия — возникновение связи между поверхностными слоями двух разнородных соприкасающихся тел (фаз) — твердых, жидких и их сочетаний. Для того чтобы ослабить и при возможности исключить взаимное прилипание и схватывание, необходимо применять высокоэффективный промежуточный слой, обеспечивающий надежное разделение трущихся поверхностей деформируемого тела и инструмента.
При получении деталей обработкой резанием или заготовок горячей штамповкой с последующим удалением припусков обработкой резанием поверхностный слой толщиной до 2 мм и более, в котором обычно концентрируются дефекты металлургического происхождения, удаляется. Если заготовка получается холодной объемной штамповкой, то последующая обработка резанием со снятием стружки, как правило, не проводится. Следовательно, чтобы деталь была качественная, необходимо подавать на холодную объемную штамповку сортовой прокат (сталь или другой сплав), не содержащий в поверхностном слое дефектов металлургического происхождения. Кроме того, при холодной объемной штамповке (особенно сложных деталей на многопозиционных автоматах) величина относительной деформации достигает 70—75 % и более, т. е. металл, поступающий на штамповку, должен быть весьма пластичен. Отсюда следует, что требования к прокату, поставляемому металлургической промышленностью, значительно повышаются.
В промышленности применяют две основные схемы технологических процессов. Первая схема состоит из следующих основных этапов:
1. Резка проката на мерные заготовки.
2. Разупрочняющая термообработка (РТО) заготовок.
3. Подготовка поверхности заготовок.
4. Штамповка. Штамповка при первой схеме осуществляется, как правило, на вертикальных прессах с установкой одно, или многопозиционного штампа.
Вторая схема: I; РТО проката.
2. Подготовка поверхности проката.
3. Штамповка. Штамповка при второй схеме проводится на одно или многопозиционном автомате, на котором прокат подвергается правке, попадает на отрезную позицию, а затем передается на штамповку.
В зависимости от конкретных условий производства (объем выпуска, размеры и сложность формы изделия, характеристики деформируемости заготовок) схемы технологических процессов могут упрощаться и усложняться, совмещаться и применяться последовательно.
