1. В соответствии со своим вариантом выбрать задание со статистическими данными.
2. Определите значения показателей P*(t), f *(t), λ* (t) для каждого интервала времени. Результаты сведите в таблицу (см. пример в табл.2.2).
3. Определите значение средней наработки до отказа *0T.
4. На основании результатов расчета постройте зависимости параметров P*, f * и λ* от времени (см. примеры на рис. 2.1 и 2.2).
5. На основании анализа полученных зависимостей сделайте выводы о надежности рассматриваемых объектов.
Контрольные вопросы
1. На какие категории делятся понятия надежности?
2. Какие понятия надежности относятся к категории общих?
3. В каких состояниях могут находиться объекты?
4. Сформулируйте понятия, относящиеся к техническому обслуживанию и ремонту.
5. Сформулируйте понятия дефекта, повреждения, отказа.
6. Перечислите временны́е понятия надежности?
44
7. Чем отличаются единичные и комплексные показатели надежности?
8. Перечислите единичные и комплексные показатели надежности.
9. Перечислите показатели надежности восстанавливаемых и невосстанавливаемых объектов.
3. ХОЛОДНАЯ ЛИСТОВАЯ ШТАМПОВКА
3.1 Общие сведения
Штамповка представляет собой процесс деформации металла в полости штампа, форма и размеры которой полностью определяют конфигурацию изготовляемой поковки.
Холодная штамповка широко применяется в автопромышленности, приборостроении, электромашиностроении и в производстве изделий широкого потребления. Одной из разновидностей холодной штамповки является листовая штамповка. Это прогрессивный и высокопроизводительный способ получения деталей сложной формы с тонкими стенками; обычно её осуществляют в холодном состоянии.
При листовой штамповке изделия имеют высокую точность и хорошее качество поверхности. В большинстве случаев холодноштампованные изделия не подвергают механической обработке, и они поступают на сборку в готовом виде. Преимуществами листовой штамповки являются высокий коэффициент использования металла и широкие возможности по механизации и автоматизации процесса. К недостаткам можно отнести низкую стойкость инструмента из-за больших нагрузок.
Исходным материалом при листовой штамповке являются листы, ленты и полосы из горячекатаной тонколистовой (толщиной до 4 мм) конструкционной стали обыкновенного качества (Ст1….Ст7) и холоднокатаной тонколистовой качественной конструкционной стали (Сталь 08кп, Сталь I0кп, Сталь I5кп, Сталь 20кп, Сталь 10, Сталь 20, Сталь 30, Сталь 40, Сталь 50), листы стали для автомобильных кузовов, а также ленты и полосы из меди, латуни, дюралюминия, титана и т. д. При этом листы из стали имеют ширину от 1000 до 5000 мм и толщину от 0,5 до 4 мм, а полосы имеют ширину от 500 до 2500 мм с толщиной от 0,05 до 3,6 мм.
Операции листовой штамповки можно разделить на две группы:
– разделительные операции, в результате которых происходит отделение одной части заготовки от другой (отрезка, вырубка, пробивка и др.);
– формоизменяющие операции, в результате которых путем пластической деформации заготовки получают изделия пространственной формы (гибка, вытяжка с утонением и без утонения стенки, формовка и др.).
3.1. Разделительные операции холодной листовой штамповки
Разделительные операции проводят на механических ножницах различных типов или на штампах, установленных на различные виды прессов.
45
или напишите нам прямо сейчас
Отрезка – операция полного отделения части заготовки по незамкнутому контуру (разрезание листов на ленты, разделение полос и лент на мерные части, обрезка припуска и т. д.).
Резка ножницами не позволяет получать любые контуры заготовки и обычно сминает ее края. Поэтому для получения фасонных листовых заготовок чаще применяют вырубку по контуру в штампах или пробивку; вырубкой получают наружный контур заготовки, а пробивкой ― внутренний.
Вырубка – оформление наружного контура деталей осуществляется по замкнутому контуру, где отделяемая часть является готовым изделием (рис.3.1). При вырубке наружные части листовой заготовки идут в отходы. В целях уменьшения отходов и повышения выхода годного материала увеличивают число рядов на заготовке, применяя шахматное или диагональное расположение рядов вырубаемых заготовок.
Пробивка – образование отверстий в листовом материале осуществляется также по замкнутому контуру, но отделяемая часть металла идет в отход (рис. 3.1).
Рис. 3.1. Схема операций вырубки (пробивки): 1 – пуансон; 2 – заготовка (полоса, лента); 3 – матрица; 4 – готовое изделие (отход); 5 – прижим со съемником; S – толщина заготовки; Р – сила действия пуансона
Штамп для вырубки и пробивки состоит из пуансона и матрицы, конфигурация которых соответствует конфигурации детали, а также из вспомогательных деталей для фиксации положения заготовки. Пуансон 1 при движении вниз краями рабочего контура срезает часть заготовки 2. Готовое изделие 4, или отход, проталкивается пуансоном в отверстие матрицы 3 и проваливается вниз, а оставшаяся часть заготовки при обратном движении пуансона вверх упирается в съемник 5 и снимается с пуансона.
Усилие, необходимое на вырубку и пробивку, зависит от толщины заготовки и его механических свойств, от размеров детали, величины зазора и состояния режущих кромок.
46
Рабочие кромки пуансона и матрицы должны быть острыми. Для нормального протекания процесса вырубки между матрицей и пуансоном должен быть зазор Z, определяемый из соотношения Z = k·S,
где S – толщина листа;
k – коэффициент равный 0,05 – 0,08.
3.2 Формоизменяющие операции холодной листовой штамповки
Гибка – придание заготовке необходимой кривизны без изменения ее линейных размеров.
Различают гибку одно-, двух-, четырех- и многоугловую. Большинство гнутых деталей может быть выполнено с помощью двух приемов гибки:
V-образная гибка в тупой угол (одноугловая, рис. 3.2, а) и U-образная гибка в прямой угол (двухугловая, рис. 3, б). Чем больше радиус угла, тем легче протекает процесс гибки, меньше опасности появления трещин и меньше искажений формы изделия.
При гибке в месте изгиба слои заготовки, прилегающие к пуансону, сжимаются, а противоположные – растягиваются, средний слой не деформируется (рис. 3.2). Толщина заготовки в зоне изгиба уменьшается.
а б
Рис. 3.2. Схемы операции гибки: а – одноугловая; б – двухугловая;
1 – пуансон; 2 – заготовка; 3 – матрица
Вытяжка – наиболее сложная операция холодной листовой штамповки, при которой плоская листовая заготовка превращается в полое тело (колпачок, гильзу, стакан и т. п.). По характеру деформации металла вытяжку различают без утонения и с утонением стенки изделия.
Вытяжка без утонения стенки (рис.3.3, а) выполняется в вытяжном штампе, у которого зазор Z между пуансоном 3 и матрицей 1 на 5-10 % больше толщины заготовки. Радиусы закругления рабочей грани матрицы и пуансона (rм и rп) обеспечивают плавность превращения круглой листовой заготовки в колпачок. При вытяжке изделий плоская часть заготовки
47
(фланец) может свертываться с образованием складок. Для предотвращения образования складок применяют прижимы 2. За один проход при вытяжке можно получить колпачок с отношением его внутреннего диаметра к диаметру исходной листовой заготовки до 0,55 при относительно небольшой высоте колпачка, так как при увеличении глубины вытяжки возможно нарушение целостности металла. Поэтому в зависимости от соотношения высоты и диаметра получаемой детали, а также от относительной толщины заготовки вытяжка осуществляется за один или несколько переходов.
При вытяжке заготовки без утонения стенки изменением толщины металла в зонах закруглений можно пренебречь. Зазор между пуансоном и матрицей при вытяжке в среднем должен быть на 10 % больше толщины листа, т. е. Z = 1,1 S, а радиус скругления матрицы rм = (5―10) S.
а б
Рис. 3.3. Схемы операций вытяжки:
а – вытяжка без утонения стенки; б – вытяжка с утонением стенки
1 – матрица; 2 – заготовка; 3 – пуансон; 4 – прижим; 5 – изделие;
S – толщина материала; d – диаметр пуансона; rп – радиус закругления пуансона; rм – радиус скругления матрицы; Z – величина одностороннего зазора между пуансоном и матрицей
При вытяжке с утонением стенок заготовки (рис. 3.3, б) зазор Z между пуансоном и матрицей должен быть меньше толщины листа. Обычно утонение стенок за один проход не превышает 30-35 % начальной толщины листа S, поэтому Z = (0,85 – 0,65) S. Матрица 2 имеет форму деформирующего конуса с углом 10-24°. Заготовка утоняется (S1 < S) и удлиняется, при этом толщина дна остается неизменной. Степень деформации может составлять 40-60 %. Отбортовка (рис. 3.4, а) – процесс образования борта (горловины) вокруг предварительно пробитых отверстий в листовой заготовке. При отбортовке отверстия металл в зоне деформации растягивается и утоняется. Отбортовку применяют для образования выступов под резьбу, для изготовления кольцевых деталей с фланцами и т. п. 48 Обжим (рис. 3.4, б) – операция уменьшения периметра поперечного сечения концевой части полой заготовки в результате заталкивания ее в сужающееся отверстие матрицы. В месте деформации толщина стенки изделия несколько увеличивается. а б в Рис. 3.4. Схемы операций холодной листовой штамповки: а – отбортовка; б – обжим; в – формовка; 1 – изделие; 2 – исходный контур заготовки; 3 – пуансон; 4 – матрица; 5 – подставка-упор; 6 – резиновая подушка; S – толщина заготовки; h – высота борта; rп – радиус закругления пуансона; rм – радиус закругления матрицы; d0 – диаметр отверстия; dБ – диаметр борта; D – диаметр матрицы (наружный диаметр борта) Формовка (рис. 3.4, в) – операция, изменяющая форму заготовки посредством деформации отдельных участков заготовки без изменения толщины материала. Формовкой получают на заготовке местные выступы, ребра жесткости. Иногда при формовке вместо металлического пуансона применяют резиновую подушку. 3.3 Оборудование и инструмент для холодной листовой штамповки Основным оборудованием для холодной листовой штамповки являются машины для резки – ножницы, а также гидравлические и кривошипные прессы. Отрезка (резка) листового материала производится ножницами с параллельными и наклонными ножами, дисковыми ножницами, штампами с параллельными и наклонными режущими кромками. Ножницы – это специальные машины для разделительных операций. Существует два основных типа ножниц: 1) гильотинные, с поступательным движением ножниц (рис. 3.5, а); 2) дисковые, с вращательным движением дисковых ножей (рис. 3.5, б). Усилие резки определяется произведением площади среза на сопротивление сдвигу. При резке на ножницах с параллельными ножами. 49 Р = k · L · S · σср, (3.1) где Р – усилие резки, Н; L – ширина полосы или листа, мм; S – толщина материала, мм; σср – сопротивление срезу, МПа; k = 1,1-1,3 – коэффициент, устанавливающий притупление режущи кромок ножа, неравномерность толщины и механических свойств материала. При выборе оборудования следует принимать k = 1,3. При резке на ножницах с наклонными ножами = ∙ 2∙ ср2 , (3.2) где α – угол створа ножниц, град (рис. 3.5). На практике угол α назначают в зависимости от толщины S материала в следующих пределах: α = 2-4º при S =1-10 мм и α = 4-6º при S = 10-42 мм. а б Рис. 3.5. Схемы работы ножниц: а ― гильотинные ножницы; б ― дисковые ножницы с параллельными ножами; L ― длина линии отреза, мм; α ― угол скоса верхнего ножа; S ― толщина материала, мм; z ― зазор между ножами Сопротивление срезу приближенно можно определить по формуле 50 σср = 0,8 σв (3.3) Величина σср для некоторых материалов приведена в табл. 3.1. Прессы для листовой штамповки. По принципу действия прессы разделяют на механические, гидравлические, электромагнитные и пневматические. Лучшими считаются гидравлические прессы, которые проводят штамповку с постоянной скоростью и при работе на них не возникает опасности перегрузки, как это бывает на кривошипных прессах. На практике для холодной листовой штамповки из механических прессов наиболее часто применяют кривошипные прессы. По своей конструкции они очень разнообразны, что объясняется особенностями производимых на них операций. Например, для операций вырубки и пробивки применяют прессы простого действия с небольшим ходом ползуна. Для получения сложных деталей применяют специальные прессы двойного и тройного действия. Кинематическая схема кривошипного пресса приведена на рис. 3.6. Электродвигатель 4 передает вращение с помощью клиноременной передачи 3, вала 5, зубчатых колес 6 и 7, фрикционной дисковой муфты 8 на кривошипный вал 9. Посредством шатуна 10 вращение вала 9 преобразуется в возвратно-поступательное движение ползуна 1. Для остановки вращения кривошипного вала после выключения муфты используется тормоз 2. Рис. 3.6. Кинематическая схема кривошипного пресса Листовой материал штампуют за одну или за несколько последовательных операций. Рабочим инструментом для холодной листовой штамповки служат штампы. По принципу действия все штампы можно разбить на три группы: 1) штампы простого действия или однооперационные; 2) штампы последовательного действия; 3) штампы совмещенного действия. 51 В штампе простого действия за один ход ползуна выполняется одна операция. Пуансон и матрица этих штампов имеют форму в зависимости от конструкции деталей и выполняемой операции. По виду штамповочной операции различают штампы гибочные, вырубные и т. д. Штампы последовательного действия за один ход выполняют несколько операций листовой штамповки при последовательном перемещении заготовки от одной позиции штампа к следующей позиции. В приведенной на рис. 3.7 схеме штампа последовательного действия имеются два пуансона и две матрицы. С помощью штампа изготавливаются изделия типа шайбы. Пуансон 2 делает пробивку отверстия в заготовке 3, а пуансон 1 – вырубку готового изделия. Перед вырубкой ловитель 6 центрирует заготовку. После подъема пуансона заготовка перемещается на шаг t. Рис. 3.7. Схема штампа последовательного действия: 1 – пуансон вырубки; 2 – пуансон пробивки; 3 – заготовка (полоса, лента); 4 – матрица пробивки; 5 – матрица вырубки; 6 – ловитель; 7– пуансонодержатель; Р – прилагаемое усилие пуансонов; t – шаг перемещения заготовки В отличие от штампа последовательного действия, все операции над заготовкой в штампе совмещенного действия (рис. 3.8) протекают без ее перемещения. В данном штампе пуансон-матрица 4 совместно с пуансоном 1 исполняет роль матрицы при пробивке отверстия в заготовке 3, а совместно с матрицей 2 – роль пуансона, выполняя операцию вырубки изделия 5. К достоинствам штампа совмещенного действия относится обеспечение высокой точности изделий из-за отсутствия перемещений 52 заготовки. Общее усилие пресса также равно сумме усилий выполняемых операций. Рис. 3.8. Принципиальная схема штампа совмещенного действия: 1 – пуансон; 2 – матрица; 3 – заготовка (полоса, лента); 4 – пуансон-матрица; 5 – изделие 3.4. Технологический процесс листовой штамповки Выбор рационального технологического процесса листовой штамповки зависит от числа изготовляемых деталей (серийности), формы детали, заданной точности изготовления и качества поверхности. При мелкосерийном производстве деталей экономически целесообразно применять универсальные штампы простого действия со сменными пуансонами и матрицами, а при крупносерийном – сложные комбинированные штампы, обеспечивающие высокую производительность. В общем случае при изготовлении любых деталей технологический процесс состоит из следующих операций: 1) подготовка материала; 2) получение заготовок (резкой, вырубкой по конту
или напишите нам прямо сейчас
