Operații de forjare a tablelor

Unul dintre principalele tipuri de prelucrare sub presiune este forjarea foilor. Forjarea foilor poate fi caracterizată ca fiind un proces de obținere a țaglelor, a semifabricatelor și a produselor din produse laminate din foi (uneori modelate) prin tratament sub presiune în matrițe, de cele mai multe ori fără o modificare condiționată a grosimii acestora.

Clasificarea operațiilor de forjare a tablelor

Prin forjarea tablelor se prelucrează atât materiale metalice, cât și nemetalice. Materialele metalice pentru formarea tablelor se obțin prin laminare, tragere, presare, îndoire (profilare) sub formă de foi, benzi, benzi de diferite lățimi, rulate, precum și sub formă de tije solide și nesolide, panouri, țevi de diferite forme și grosimi ale secțiunii transversale.

Hârtia, cartonul, pielea naturală și artificială, materialele plastice, materialele sintetice sunt prelucrate din materiale nemetalice prin metode de forjare a foilor.

Pentru a extinde posibilitățile de forjare a tablelor, alături de operațiile tradiționale, se aplică intensificarea proceselor prin utilizarea temperaturilor ridicate, redistribuirea volumetrică a tablelor și combinarea operațiilor.

La forjarea foilor, ca urmare a deformării plastice, forma materialului sursă poate fi modificată. În acest caz, sunt asigurate precizia geometrică necesară a produsului, starea și calitatea suprafeței sale.

Modificarea formei se realizează cu ajutorul matrițelor. Impactul direct asupra materialului prelucrat este realizat de părțile principale ale matriței — pumnul și matrița și părțile auxiliare — clema, extractorul și ejectorul. Pumnul este presat în material pentru a fi deformat, strâns, aerodinamizat sau înglobat de acesta. Matrița absoarbe, înglobează materialul care își schimbă forma și pumnul.

Suprafața de bază a matricei, în raport cu care se construiește și se măsoară cavitatea (deschiderea) acesteia, se numește oglinda matricei. Oglinda matricei poate fi plată sau sub forma unei suprafețe. Conturul deschiderii matricei este linia de intersecție a suprafeței cavității cu suprafața de bază. Cavitatea matricei poate fi oarbă (cu un fund) și prin — sub forma unei găuri. În cazul în care cavitatea este traversantă, matricea are forma unui inel axisimetric sau non-axisimetric. O astfel de matrice se numește inel matriceal.

Pumnul și matrița sunt de obicei fabricate dintr-un material mai dur și mai rezistent decât materialul care urmează să fie prelucrat. În acest caz, scula se numește sculă rigidă. Cu toate acestea, una dintre unelte — pumnul sau matrița — poate fi fabricată dintr-un material dur, iar cealaltă dintr-un material elastic care poate fi ușor modelat. Un lichid sau un gaz poate fi, de asemenea, utilizat ca mediu de deformare.

Materialul inițial, destinat prelucrării ulterioare, sub forma unui corp de o anumită formă și dimensiuni, se numește lingou.

Operațiunile de forjare a tablelor, în conformitate cu GOST 18970-84, sunt împărțite în două grupe: separare și formare.

Operații de separare

Operațiile de separare includ operațiuni care au ca rezultat separarea completă sau parțială a unei părți a piesei de prelucrat de alta, cu distrugerea materialului inițial. În acest caz, pentru efectuarea operațiilor se utilizează fie deplasarea unei părți a piesei în raport cu alta, fie introducerea sculei în piesă, fie ruperea materialului ca urmare a deformării concentrate în apropierea muchiei ascuțite a sculei sub influența îndoirii și întinderii.

Principalele operații de separare sunt clasificate în următoarele tipuri.

Tăiere — separarea completă a piesei de materialul inițial de-a lungul unui contur neînchis.

Tăierea este separarea unui produs semifabricat în părți de-a lungul unui contur neasigurat. Tăierea poate fi efectuată cu sau fără deșeuri.

Tăiere — separarea completă a unei piese de prelucrat sau a unui produs de materialul original de-a lungul unui contur închis.

Perforare — formarea unei găuri sau a unei caneluri în piesa de prelucrat cu separarea completă a unei părți din material în deșeuri. Separarea poate fi efectuată atât de-a lungul unui contur închis (pentru o gaură), cât și de-a lungul unui contur neînchis (pentru o fantă).

Tunderea — separarea adaosului tehnologic de piesa obținută prin forjarea tablei. Tăierea poate fi efectuată de-a lungul unui contur închis sau neînchis.

Decupare — separarea completă a unei piese sau a unui produs de materialul original de-a lungul unui contur închis.

Tăiere — formarea unei găuri în piesa de prelucrat cu separarea completă a unei părți din material de deșeu.

Crestare — separarea incompletă a unei părți din piesa de prelucrat prin forfecare. În timpul operației, secțiunea crestată este, de asemenea, îndoită la un anumit unghi în raport cu suprafața piesei.

Perforarea este formarea unei găuri în piesa de prelucrat prin introducerea unui perforator cu un vârf ascuțit în piesa de prelucrat. Perforarea se realizează fără a îndepărta materialul de la deșeu, cu formarea unui cordon cu margini inegale în jurul perimetrului găurii, adică separarea materialului are loc simultan cu operația de flambare.

Debavurare — îndepărtarea alocației tehnologice de pe marginile unei piese din tablă prin tăierea acesteia cu formarea de așchii și forfecarea ulterioară.

Operații de separare derivate din cele principale:

• găurire de finisare — găurire în condiții de compresiune neuniformă totală în zona de separare a materialului;
• perforare de finisare — perforare în condiții de compresiune neuniformă în zona de separare a materialului.

Operațiile de debitare, debitare, perforare, perforare, perforare de finisare, perforare de finisare, debitare se execută conform schemei de formare prin forfecare. Operațiile de decupare și de perforare se realizează prin introducerea sculei în materialul care urmează să fie separat. La crestare, străpungere și decupare, împreună cu separarea materialului, se efectuează alte operații.

Operații de modelare

Operații de modificare a formei — operații, în urma cărora forma piesei este modificată prin deformare plastică.

Curbare — formarea sau modificarea unghiurilor dintre părțile piesei de prelucrat sau conferirea unei forme curbilinii acesteia cu formarea unor suprafețe de desfășurare (cilindrice sau conice).

Curbarea este un tip de îndoire, care constă în formarea de curbe la capetele unui ciot plat sau din sârmă.

Tragere — formarea unui lingou gol sau a unui produs dintr-o foaie inițială plată sau goală prin tragerea unei părți din material în afara conturului deschiderii sale în cavitatea matricei cu un pumn și întinderea unei alte părți în interiorul conturului.

Există următoarele tipuri de tragere:

• tragerea axisimetrică — tragerea unei cochilii dintr-o piesă axisimetrică cu ajutorul unui pumn și al unei matrițe axisimetrice;
• tragerea în formă de cutie — formarea de piese goale sub formă de cutii dreptunghiulare cu sau fără flanșă, având de obicei două planuri de simetrie
• tras fals — formarea de piese goale cu forme complexe (de exemplu, părți ale corpului);
• tragere cu subțiere — obținerea unei piese axisimetrice (ca un pahar), constând în creșterea înălțimii acesteia prin subțierea peretelui, obținută prin tragerea peretelui prin spațiul dintre suprafețele pumnului și matrice
• tragere combinată — o combinație a două tipuri de modificare a formei care au loc simultan sub influența aceluiași instrument: tragerea propriu-zisă și tragerea cu subțiere;
• tragere rotativă — formarea unei piese rotative plate sau goale de-a lungul profilului mandrinei sub influența unui element deformator (rolă) care se deplasează de-a lungul acestui profil; în acest caz se pot obține produse goale axisimetrice cu grosimea peretelui atât constantă, cât și variabilă.

Strângere — formarea unei piese cu o formă dată prin aplicarea de forțe de tracțiune pe marginile acesteia.

Formare — formarea de reliefuri într-o foaie brută datorită întinderii locale fără o modificare condiționată a grosimii materialului.

Rularea — formarea de margini rotunjite pe marginile unui lingou gol.

Flambare — formarea unei flanșe de-a lungul conturului interior și/sau exterior al piesei.

Sertizare — reducerea dimensiunilor secțiunii transversale a unei părți a unei piese goale prin impactul simultan al unei unelte de-a lungul întregului său perimetru.

Întindere — creșterea dimensiunilor secțiunii transversale a unei părți a unei piese de prelucrat goale prin impactul simultan al sculei de-a lungul întregului său perimetru.

Răsucire — întoarcerea unei părți a piesei de prelucrat în jurul axei sale longitudinale.

Dresare — eliminarea distorsiunilor în forma unei piese (părți) prin deformare plastică.

Calibrare — îmbunătățirea preciziei dimensionale a unei piese ștanțate și reducerea rugozității suprafeței acesteia.

Operațiile utilizate pentru producerea pieselor de prelucrat se numesc operații de debitare.

Unele operații, cum ar fi crestarea, îndoirea, flanșarea, sertizarea, încrețirea, strivirea, turnarea, pot fi utilizate pentru a produce îmbinări neasamblate a două sau mai multe piese. În acest caz, operațiile se numesc operații de asamblare a matrițelor.

Cantitativ, modificarea formei în timpul unei operațiuni de ștanțare este estimată prin coeficientul de modificare a formei, care reflectă modificarea relativă a parametrului geometric caracteristic acestui tip de modificare a formei. Cea mai mare modificare posibilă a formei este estimată prin coeficientul limită de modificare a formei.

Unul dintre următorii factori limitează schimbarea de formă a unei piese:

• cedarea materialului atunci când plasticitatea acestuia este epuizată;
• apariția de valuri — falduri în zonele piesei care se află sub influența forțelor de compresiune;
• localizarea deformării și îngustarea bruscă a secțiunii transversale în zonele piesei aflate sub influența forțelor de tracțiune;
• întărirea metalului, în cazul în care este prevăzută de specificațiile tehnice ale piesei.

O operațiune de ștanțare face parte din procesul de fabricație a unui produs. Pentru fiecare operație, se realizează un anumit tip de deformare cu un anumit coeficient de deformare. Procesul tehnologic de ștanțare poate include, de asemenea, operații auxiliare: lubrifierea, aplicarea de acoperiri care rețin lubrifiantul, debavurarea, degresarea și spălarea. Dacă este necesar, în procesul tehnologic se introduc operații de tratament termic: recoacere inițială și între operații, călire și revenire, precum și operații de finisare, de tratare decorativă și anticorozivă a suprafețelor și operații de acoperire.

Din definiția de mai sus a operațiunilor, se poate observa că forjarea tablelor include în mod tradițional unele operațiuni care necesită o modificare condiționată a grosimii tablei. Aceste operații includ tragerea cu subțiere, tragerea rotativă, flanșarea cu subțiere și altele, în conformitate cu schemele de stare de tensiune-deformare corespunzătoare operațiilor de ștanțare în volum. Atribuirea acestor operații forjării tablelor se datorează faptului că ele sunt de obicei incluse în procesul tehnologic, în cadrul căruia sunt utilizate și operații care au loc fără o modificare condiționată a grosimii.

Set de scule

Un set de scule format dintr-un pumn, o matriță și piese auxiliare, proiectat pentru o singură operațiune, intră în matriță și este plasat într-o poziție specifică în matriță. O matriță poate avea unul sau mai multe astfel de seturi; acestea pot fi amplasate în aceeași poziție sau în poziții diferite.

O matriță concepută pentru a efectua o singură operație are un set de unelte într-o singură poziție. O astfel de matriță se numește matriță cu acțiune simplă sau cu operație unică. O matriță cu acțiune combinată este concepută pentru a efectua mai multe operații cu mai multe perforatoare și matrițe în aceeași poziție. O matriță secvențială este, de asemenea, concepută pentru a efectua mai multe operații, dar utilizează mai multe seturi de scule în poziții diferite.

Într-un proces de ștanțare coincidentă, piesa de prelucrat rămâne într-o singură poziție în timpul operațiilor. În ștanțarea secvențială, piesa de prelucrat este mutată din poziție în poziție după fiecare operație. Denumirile principalelor tipuri de matrițe de ștanțare a tablei metalice și ale ansamblurilor acestora, precum și regulile de construcție a denumirilor matrițelor sunt cuprinse în GOST 15830-84.

Pentru a asigura o calitate ridicată a produsului, caracteristicile sale de performanță și un cost de producție minim, este necesar să se asigure fabricabilitatea proiectului produsului obținut prin forjarea tablei. În acest scop, în etapa de proiectare a produsului, ideile de proiectare trebuie să fie coordonate cu cerințele și posibilitățile de producție. În cursul elaborării fabricabilității proiectului produsului, se selectează relațiile geometrice ale elementelor produsului, tipul și caracteristicile mecanice ale materialului sursă și alți parametri.

Este necesar să se ia în considerare următorii factori:

• capacitățile tehnologice și caracteristicile operațiunilor de ștanțare în variantele propuse ale procesului tehnologic;
• nivelul de dotare tehnică și starea de echipare a departamentelor de ștanțare și scule;
• posibilitățile de alegere a materialelor pentru matrițe.

Conceptul de „manufacturabilitate a produsului” include o evaluare comparativă (calitativă) a caracterului complet al acestui considerent.

Pentru a completa clasificarea, trebuie adăugate recomandări pentru stabilirea parametrilor de calitate ai pieselor ștanțate. Calitatea este determinată de rugozitatea suprafeței, precizia formei și a dimensiunilor, care sunt specificate mai jos pentru toate operațiile principale. De regulă, precizia pieselor ștanțate, în funcție de operația selectată și de schema acesteia, este de 6…16 calificări, rugozitatea suprafeței, formată direct în contact cu scula, corespunde lui R_a ≈ 0,32…1,25 μm, formată în afara contactului cu scula — nu mai mare de R_z ≈ 20 µm. Suprafața inițială a tablei brute pe zonele deformate ale suprafeței piesei se deteriorează cu 1…2 intervale ale parametrilor de rugozitate. Există, de asemenea, posibilitatea deformării plastice elastice și nesemnificative a aproape întregii suprafețe a produsului fabricat, care afectează semnificativ precizia formei (rectitudine, planeitate, aranjare reciprocă) și apare atât în procesul de formare, cât și în procesul de descărcare a produsului după scoaterea acestuia din matriță.

Asigurarea preciziei dimensionale în ștanțarea tablelor metalice

În forjarea tablelor, parametrii geometrici ai pieselor sunt obținuți în principal prin copierea formei și dimensiunilor părților de lucru ale matriței. Metodologia de susținere tehnologică a formării și preciziei dimensionale se bazează pe procese fizico-mecanice și termice.

În procesul de funcționare, sub acțiunea forței tehnologice, în toate elementele sistemului tehnologic presă-stampilă-bilț apar deformări care, în funcție de condițiile specifice ale procesului de ștanțare, pot avea un efect mai mare sau mai mic asupra dimensiunilor produsului.

Principalele cauze ale abaterilor dimensionale sunt:

• deformări elastice ale piesei datorate descărcării de la forțele normale și de la momentele de încovoiere;
• deformările plastice ale piesei datorate descărcării piesei și a sculei;
• variația de temperatură a dimensiunilor piesei;
• modificarea la temperatură a dimensiunilor sculei;
• modificarea la temperatură a proprietăților mecanice ale materialului ștanțat;
• uzura sculei;
• inexactitatea fabricării și asamblării elementelor de ștanțare;
• inexactitatea presei;
• inexactitatea montării matriței pe presă;
• inexactitatea instalării piesei de prelucrat pe matriță; deformările elastice ale elementelor sistemului tehnologic presă — ștanțare — piesă de prelucrat;
• influența reciprocă a descărcării elementelor intersectante ale structurii piesei;
• condițiile de îndeplinire a procesului de ștanțare;
• cauze aleatorii.

Deformările provocate de aceste cauze pot fi reprezentate sub forma unui model matematic adecvat pentru calcularea dimensiunilor și a abaterii dimensiunilor piesei de la dimensiunile sculei.

Posibilitatea determinării preliminare a abaterii dimensiunilor piesei de la dimensiunile sculei permite rezolvarea celor mai importante probleme practice: creșterea preciziei dimensionale în timpul fabricării pieselor datorită excluderii influenței erorilor sistematice; creșterea rezistenței la uzură a elementelor de lucru ale perforatoarelor și matrițelor în absența cerințelor sporite de precizie datorită excluderii erorilor sistematice.