Формоизменяющие операции листовой штамповки.
Формоизменяющие операции – это операции, посредством которых плоская заготовка превращается в пространственную деталь требуемой формы без изменения толщины материала. Основные формообразующие операции: гибка, вытяжка, отбортовка, обжим, раздача, рельефная формовка.
Гибка – образование или изменение углов между частями заготовки или придание ей криволинейной формы. Гибку производят в штампах, а также вращающимися фигурными роликами, играющими роль матрицы, на профилегибочных станах (см. ниже).
В местах изгиба наружные слои заготовки растягиваются, а внутренние – сжима-ются. Между ними расположен нейтральный слой NN, не испытывающий ни растяжения, ни сжатия (рис. 9). По развернутой длине нейтрального слоя определяется размер заготовки до гибки. Таким образом, гибка - изменение кривизны срединной поверхности заготовки без существенного изменения ее линейных размеров.
Рис. 9. Схема гибки. 1–матрица, 2–заготовка, 3–пуансон, 
–угол гибки,
NN– нейтральный слой, R–радиус скругления.
Гибка осуществляется в результате упругопластической деформации, при которой наряду с пластической происходит значительная упругая деформация металла. Поэтому после гибки растянутые и сжатые слои металла стремятся возвратиться в исходное положение. Вследствие этого форма детали после гибки не будет соответствовать форме штампа на величину угла пружинения, который необходимо учитывать при изготовлении инструмента. Угол пружинения равен 1–8о.
С уменьшением радиуса скругления пуансона R возрастает вероятность образования трещин, идущих от наружной поверхности в толщину заготовки, поэтому в зависимости от пластичности металла 
.
Усилие гибки определяется по формуле:
,
где: В–ширина заготовки, S–толщина металла.
При гибке в штампах можно изменять кривизну на нескольких участках заготовки одновременно (рис. 10а).
а) б)
Рис. 10. Схема гибки: а) в штампах; б) вращающимися роликами (в вальцах).
На рис. 10а показано как с помощью пуансона 3 и матрицы 4 гибкой из заготовки 1 изготавливают гнутые детали 2.
В некоторых случаях, например, при изготовлении цилиндрических емкостей из листового металла используют гибку в вальцах - роликах (рис. 10б). При гибке во вращающихся роликах лист укладывают на свободно вращающиеся нижние ролики и постепенно поджимают сверху приводным роликом, выполняющим функцию пуансона.
Вытяжка– образование полого изделия из плоской или полой заготовки. Вытяжку осуществляют в вытяжных штампах на кривошипном прессе (рис. 11). Вырубленную заготовку диаметром 
укладывают на плоскость матрицы. Пуансон надавливает на заготовку, и она, смещаясь в отверстие матрицы, образует стенки вытянутой детали. Диаметр вытягиваемого изделия 
.
Формоизменение при вытяжке оценивают коэффициентом вытяжки 
, который в зависимости от механических характеристик металла и условий вытяжки не должен превышать 1,8 – 2.1.
Рис. 11. Схема вытяжки.
При 
возможны потеря устойчивости фланца и образование складок при вытяжке. Их предотвращают прижимом фланца заготовки к матрице с определенным усилием 
. Давление прижима составляет 1–3 МПа. Опасность разрушения загото-вок устраняют также скруглением кромок пуансонов и матриц 
и применени-ем правильно подобранных смазок для уменьшения сил трения между поверхностями заготовок и инструмента.
Различают вытяжку без утонения стенки и с утонением стенки. Вытяжкой без утонения стенки получают полую деталь из листа без изме-нения его толщины. Это достигается тем, что зазор между пуансоном и мат-рицей принимается равным 
. При 
производится вытяжка с утонением стенки, при которой длина полой детали увеличива-ется за счет утонения боковых стенок. Допустимое уменьшение толщины стенок за один проход составляет 40–60%.
Детали с большим формоизменением заготовки получают за несколько операций вытяжки с постепенным уменьшением диаметра полой детали и увеличением ее высоты. При последующих переходах 
.
Промежуточный отжиг для устранения наклепа позволяет увеличить КВ до 1,4-1,6.
Отбортовка– образование борта (горловины) вокруг отверстия в заготовке (рис. 12).
Рис. 12. Схема отбортовки : 1–изделие; 2–заготовка; 3–пуансон; 4–матрица
Операция характеризуется коэффициентом отбортовки:
,
где: dО – диаметр отверстия в плоской заготовке.
Во избежание образования продольных трещин необходимо, чтобы КО = 1,2–1,8. При отбортовке мелких отверстий стремятся совмещать отбортовку с пробивкой. Отбортовку применяют для изготовления кольцевых деталей с фланцами и для образования уступов в деталях для нарезания резьбы, сварки или сборки, а также для увеличения жесткости конструкции при малой ее массе.
Обжим– уменьшение периметра поперечного сечения концевой части полой заготовки (рис. 13).
Рис. 13. Схема обжима.
Производится заталкиванием заготовки в сужающуюся полость матрицы (рис. 13).
Операция характеризуется коэффициентом обжима 
.
Во избежание образования продольных складок в обжимаемой части необходимо, чтобы КО=1,2–1,4. Для большего формообразования делают несколько последовательных операций обжима.
Раздача – увеличение периметра поперечного сечения концевой части полой заготовки. Раздача – операция, противоположная обжиму осуществляется коническим пуансоном, входящим внутрь полой заготовки. Заготовка фиксируется в матрице. В процессе раздачи поперечные размеры заготовки на концевой части увеличиваются. Деформирование сопровождается растяжением материала и ограничено разрывом стенки. Допустимая степень деформации при раздаче в процентах должна быть меньше максимального относительного удлинения материала при растяжении.
Выше было показано, что при обжиме размеры поперечного сечения краевой части полой заготовки 1 уменьшаются путем заталкивания ее в су-жающуюся рабочую полость матрицы 2 (рис. 14 а). При раздаче поперечные размеры краевой части полой заготовки 1 наоборот увеличиваются путем внедрения в нее пуансона 3 с постепенно увеличивающимися поперечными размерами (рис. 14 б).
Рис. 14. Сравнение операции обжима (а) и раздачи (б) для заготовки 1.
Формовка (рельефная формовка) - операция, при которой изменяется форма заготовки в результате растяжения (выдавливания) отдельных ее уча-стков (рис. 15). Формовкой получают местные выступы на заготовке, ребра жесткости и т.п. По сути формовказаключается в получении местных углуб-лений и выступов в плоской или полой заготовке путем локального растяже-ния заготовки.
Деформирование при формовке обычно осуществляется между металли-ческими пуансоном и матрицей. В отдельных случаях с целью сохранения высокого качества поверхности изделия и снижения стоимости штампа од-ним из инструментов могут быть эластичные элементы из резины или поли-уретана.
Рис. 15. Схема формовки.
В этом случае заготовка укладывается на металлический шаблон (матрицу) и прижимается к ней пуансоном через резиновую (полиуретановую) подушку. Обычно таким способом формуют изделия из тонких листов цветных метал-лов. Глубину рельефа изделия определяют из условия, чтобы степень локаль-ного растяжения материала была меньше его максимально возможного отно-сительного удлинения.
Примером формовки упругими средами может служить раздача средней части вытянутого полуфабриката при помощи резинового вкладыша, создающего боковое давление на стенки стакана под действием осевого усилия пуансона. Технология этого процесса хорошо видна на рис. 16. После формовки вкладыш легко удаляется из изделия.
Рис. 16. Схема формовки – раздачи упругим элементом.
Контрольные вопросы для самопроверки.
1. Дайте определение процесса штамповки.
2. В чем отличие процесса штамповки от процесса свободной ковки?
3. Какие виды штамповки Вы знаете?
4. Чем различаются открытые и закрытые штампы?
5. Зачем делают канавку в штампе? Какую роль играют мостик и магазин?
6. Какие виды ручьев в штампе Вы знаете?
7. Как осуществляется обрезка облоя и пробивка внутренних перемычек?
8. Перечислите основные технологические операции объемной штамповки?
9. Почему штамповка выгодна только при массовом производстве?
10. Укажите основную характерную особенность листовой штамповки.
11. Укажите основные разделительные операции листовой штамповки.
12. В чем основное различие между операциями вырубки и пробивки?
13. Чего позволяет добиться угол наклона ножей α при выполнении операции отрезки?
14. Перечислите формообразующие операции листовой штамповки.
15. Что такое нейтральный слой при гибке листовых материалов?
16. В чем различие операций вытяжки и отбортовки?
17. В чем различие операций обжим и раздача?
18. Поясните суть операции рельефной формовки.
19. Как можно осуществить операцию формовки при помощи упругого элемента?