ПРИЧИНЫ, ВЫЗЫВАЮЩИЕ БРАК ПРИ ШТАМПОВКЕ
НАРУШЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ
Брак, обусловленный неправильно разработанным технологическим процессом или появляющийся при несоблюдении установленной технологии, возникает главным образом по следующим причинам:
несоответствие марки и сортности металла технологическим условиям,неправильный размер заготовки, пропуск в технологическом процессе установленных или необходимых операций, несоблюдение технологических условий при штамповке, нарушение нормальных условий хранения и транспортировки полуфабриката.
Листовой металл непригоден для формоизменяющих операций с обычным степеням деформации, если при нормальных условиях работы и при отсутствии каких-либо дефектов инструмента, применяемого для штамповки, происходит разрушение листа. Разрушение может появляться как при первоначальной вытяжке, так и на последующих переходах. При глубокой вытяжке особое значение приобретают стабильность механических свойств и минимальная разнотолщинность и в отдельном листе, и в партии металла. При несоблюдении этого условия возможно разрушение вследствие чрезмерного утонения в отдельных местах, отрыва донных частей, образования языков, нарушения формы изделия. Неравномерная толщина листового металла приводит к образованию складок на первой операции вытяжки; такие складки не удается устранить на последующих операциях, они могут явиться причиной образования разрушения и трещин.
Грубые дефекты поверхности листовой стали, которые могут образоваться при прокатке, отделке или транспортировке металла, вызывают появление разрушения при глубокой вытяжке уже на первом переходе, более мелкие дефекты поверхности, незаметные при начальной вытяжке, при дальнейшей деформации приводят к надрывам или разрушению штампуемого изделия.
Неправильный режим отжига листовой стали может способствовать образованию либо очень мелкозернистой структуры металла, либо появлению в листе слишком крупных зерен или неравномерной по толщине листа микроструктуры с крупными зернами у поверхности и с мелкими в середине листа. В первом случае металл будет обладать повышенной жесткостью, а во втором поверхность штампованной детали получается шероховатой.
Наличие на поверхности листов окалины значительно увеличивает трение между деформируемым металлом и поверхностью инструмента, в результате чего возможно разрушение штампуемого изделия. Причинами появления брака могут быть также нарушения сплошности и неметаллические включения, а также крупные скопления третичного цементита по границам зерен. В этих местах при штамповке часто образуются микротрещины, которые приводят к разрушению металла.
Низкое качество стальных листов может быть вызвано большим содержанием примесей или повышенным содержанием углерода, марганца, фосфора и других элементов, оказывающих неблагоприятное действие. Такие стали сильно упрочняются, и многооперационная их вытяжка становится затруднительной. Отрыв дна или разрушение наблюдается также в случае штамповки склонной к старению стали. При этом хрупкость ее становится особенно заметной при длительных перерывах между отдельными переходами.
Листы могут иметь упрочненные участки, которые возникли, например, как результат надломов. Обычно в этих местах вследствие затрудненного течения металла при глубокой вытяжке возникают трещины.
Наличие тех или иных несовершенств в стальных листах, предназначенных для сложных штамповочных операций, недопустимо. Однако в листоштамповочных цехах иногда перепутывают подаваемые в работу заготовки по толщине, маркам материала и другим факторам, определяющим его сорт. Обычно брак в этих случаях обнаруживается на первых формоизменяющих операциях: при вытяжке будут появляться разрывы, трещины, шероховатость поверхности, в случае гибки образуются трещины в местах изгиба или большое упругое пружинение, невозможно получение формы и размеров, заданных по чертежу.
Неправильный размер заготовок, подаваемых на штамповку деталей, наблюдается на практике довольно часто и является следствием ошибок, допущенных при проектировании технологического процесса или составлении технической документации, или результатом допущенных нарушений технологического процесса изготовления заготовок.
Чаще всего брак, вызываемый неправильными размерами заготовок, обнаруживается в самом начале‚технологического процесса, когда возникает несоответствие между размерами заготовок и размерами, определяемыми фиксаторами в штампе. В ряде случаев этот брак выявляется в середине илл конце процесса штамповки, когда выясняется, что какой-нибудь размер детали не соответствует заданному по чертежу (высота или диаметр фланца вытянутой детали, длина изогнутой полки и др.).
При расчете размеров заготовки для последующей гибки ошибки могут появляться в том случае, если не учтено утонение, неправильно определено положение нейтрального слоя. В результате после гибки отогнутые полки будут иметь размеры, отличающиеся от заданных по чертежу. Большие, чем требуются, размеры заготовки при вытяжке могут являться причиной отрыва донных частей, так как увеличиваются площадь фланца, находящаяся под прижимным кольцом, а следовательно, и усилие вытяжки. При завышенных размерах заготовки в процессе вытяжки могут появляться гофры.
Если размеры заготовки при вытяжке меньше требуемых, при штамповке обычно появляются морщины и складки вследствие недостаточного зажатия фланца складкодержателем штампа. При обрезке таких изделий появляются обсечки.
При проектировании технологического процесса могут быть не предусмотрены некоторые операции, в результате чего в процессе штамповки появляется массовый брак. Например, при изготовлении полых изделий с малыми радиусами закругления у дна или фланца детали для увеличения производительности иногда стремятся получить готовую деталь на последнем переходе вытяжки. Однако при малых радиусах закругления пуансона и матрицы возможно разрушение металла.
Очевидно, в этом случае на последнем переходе вытяжки следует предусматривать большие радиусы закругления рабочих деталей штампа, а для получения малых радиусов закругления на изделии применить затем калибровку. Если не производить зачистку заусенцев на заготовке, то возможно образование трещин при гибке.
При недостаточном знании производственным персоналом технологии изготовления деталей или при невнимательном отношении к ней отдельные операции технологического процесса могут быть пропущены, как‚ например пробивка отверстий, правка, чеканка, отдельные переходы многооперационной вытяжки. В результате, если изделия прошли последующие операции штамповки и в связи с формоизменением детали невозможно установить на штамп пропущенной операции, возникает неисправимый брак.
При пропуске межоперационного отжига, предназначенного для восстановления пластических свойств металлу, упрочненному предыдущей деформацией, при штамповке появляется разрушение изделий, приводящее к окончательному браку. Если пропущена операция правки листового металла на многовалковой машине, на поверхности изделий наблюдаются линии скольжения, что также может приводить к окончательному браку.
Причиной брака при штамповке может быть несоблюдение производственным персоналом некоторых технологических условий. Так, ненанесение на поверхность матрицы и заготовки смазки или произвольная замена ее увеличивает силы контактного трения и усилие вытяжки. В результате возможно появление окончательного брака — разрушения. Загрязненные смазка и поверхность заготовок могут приводить не только к разрушению, задирам и царапинам, но и к повышенному износу инструмента.
Иногда в производственных условиях не соблюдают установку штампов на прессы, предусмотренные технологией. Если штамп установлен на пресс, у которого скорость движения ползуна при рабочем ходе слишком велика, при сложной вытяжке на штампуемой детали могут возникать разрывы. При штамповке изделий из стали, склонной к старению, причиной брака может быть продолжительное вылеживание полуфабрикатов между операциями. В процессе старения пластичность такой стали снижается, и при вытяжке возможно образование разрушения. Для предотвращения этого явления необходимо ритмичное выполнение всех формоизменяющих операций при изготовлении деталей без излишней задержки полуфабрикатов между операциями.
Неправильная транспортировка, укладка и хранение могут вызывать появление на изделиях всевозможных вмятин, забоин, царапин, повреждения формы. Эти дефекты затрудняют установку деталей на штампы для последующих операций, вызывают разрушение металла при штамповке, а в случае готовых изделий могут приводить к браку. Поэтому необходимо соблюдать осторожность при укладке и транспортировке деталей, для складирования использовать специальную тару и т.д.
СОСТОЯНИЕ ШТАМПОВОЙ ОСНАСТКИ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА КАЧЕСТВО ШТАМПОВАННЫХ ИЗДЕЛИЙ
Качество получаемой продукции в листовой штамповке прежде всего зависит от состояния штамповой оснастки. Дефекты изготовления штампов, наладки их на прессе, изношенность или неисправность штамповой оснастки являются одной из основных причин появления брака при листовой штамповке. Конструкция штампа должна соответствовать выполняемой на нем операции технологического процесса, обеспечивать надежность и стабильность фиксации в нем заготовки, создавать удобство в работе, а также отвечать требованиям производительности, надежности установки на прессе и техники безопасности при работе. Нужно, чтобы рабочие детали штампа обладали достаточной эксплуатационной стойкостью. При выполнении этих требований штампы обеспечивают изготовление качественной продукции. Однако значительная часть брака в листовой штамповке образуется именно по вине инструмента.
Этот брак может быть вызван некачественным изготовлением штампов или плохой их наладкой на штамповочном оборудовании, а также поломкой и износом рабочих частей штампового инструмента. Неудовлетворительное состояние штампов может быть результатом неточности изготовления, некачественной сборки, недостаточной чистоты обработки поверхностей рабочих деталей, низкой их твердости и др.
Точность изготовления деталей штампа зависит от многочисленных факторов. К ним относятся прежде всего сложность обрабатываемого контура, технические данные оборудования, на котором производится механическая обработка деталей штампа, а также квалификация рабочих-станочников. Увеличению точности изготовления штампов способствует также правильная организация технологического процесса — механической обработки деталей, хорошо продуманная конструкция рабочих частей штампа. Например, правильно намеченные линии разъема составных матриц не только облегчают их шлифовку, но и позволяют повысить точность выполнения размеров. Отклонение размеров от заданных по чертежу может произойти также в результате поводок при термической обработке рабочих частей штампа. Особенно часто это наблюдается при изготовлении сложных матриц из углеродистых инструментальных сталей.
Неточность изготовления рабочих деталей штампа обычно сказывается на неравномерности зазора между пуансоном и матрицей или в отклонении этого зазора от нормальной величины. Неравномерность зазора между пуансоном и матрицей при разъединительных, операциях весьма вредно влияет не только на точность и качество штампуемых деталей, но и на стойкость штампов.
При неравномерном зазоре давление распределяется неодинаково по периметру вырезаемого контура, что вызывает перекос верхней половины штампа относительно нижней. В результате возможно «зарубание» режущих кромок штампа, их выкрашивание. Неравномерность зазора является также причиной повышенногоизноса направляющих. При вырезке в штампах с таким зазором между пуансоном и матрицей на поверхности деталей образуются заусенцы. Неплотное прилегание пуансона к матрице при гибке приводит к пережиму деталей в местах контакта, на тех же участках, где зазор больше толщины материала, наблюдается повышенное пружинение. Неравномерность зазора между пуансоном и матрицей ведет к разрушению, утонению в углах, морщинам и «ушам» на изделиях при вытяжке. Основной причиной поломки пуансонов при выдавливании является неравномерный по периметру зазор между рабочими частями. При формовке в штампах с неточно пригнанными пуансоном и матрицей на детали остаются отпечатки.
Некачественная сборка штампов заключается в плохой центровке пуансона относительно матрицы, недостаточной доводке инструмента. Неправильно установленные направляющие, фиксаторы, прижимы и съемнеки могут вызывать появление брака при штамповке.
Так, в случае перекоса складкодержателя, вызванного разной длиной шпилек, при вытяжке образуются складки. Плохо пригнанные друг к другу перетяжные ребра и канавки на верхней и нижней половинах вытяжного штампа также способствуют образованию гофров. Неправильная регулировка усилия прижима фланца заготовки вызывает отрыв донных частей в случае большого давления или появление складок при недостаточном усилии прижима.
Расположенный не по центру давления штампа хвостовик является причиной перекоса верхней половины штампа относительно нижней; в этом случае возможно появление заусенцев на изделии или даже «зарубание» режущих кромок штампа при вырезке или пробивке. Аналогичные явления могут наблюдаться, если в процессе сборки штампов недостаточно затянуты винты,служащие для крепления матриц, пуансонодержателей и других деталей к плитам.
Быстрому износу рабочих частей штампов и появлению брака при штамповке способствует недостаточно высокая чистота обработки поверхностей рабочих деталей штампов. Неполированная поверхность вытяжных матриц ведет к налипанию металла на них, что вызывает образование задиров и царапин на поверхности штампуемых изделий. Кроме того, в случае шероховатой поверхности матрицы увеличивается коэффициент трения между деформируемым металлом и инструментом. В результате на изделии могут появляться разрывы.
Низкая твердость поверхности рабочих частей штампов, которая может быть вызвана неправильными режимами термической обработки или несоответствием инструментальной стали, способствует схватыванию с деформируемым металлом. Поверхность таких инструментов быстро изнашивается. Очень высокая твердость может быть причиной поломки пуансонов, выкрашивания рабочих кромок штампов вследствие высокой хрупкости материала.
Большое значение в случае блочных штампов имеет качество изготовления направляющих колонок и втулок. При большом люфте колонок во втулках снижается точность и качество штампуемых изделий, увеличивается износ рабочих деталей штампов. Большие зазоры между направляющими колонками и втулками могут привести к «зарубанию» режущих кромок штампов.
Качественное изготовление штампов во многом предопределяет изготовление качественных деталей при штамповке. Однако даже в случае весьма тщательного выполнения штампов в процессе работы неизбежен их износ. При вырезке и пробивке вследствие износа затупляются их режущие кромки и увеличивается зазор между пуансонами и матрицами. Это приводит к появлению на штампованных деталях заусенцев. Поэтому необходимо регулярно производить заточку матриц и пуансонов. В результате поломки пробивных пуансонов на штампованной детали не имеется соответствующих отверстнй. При большом количестве отверстий в детали отсутствие некоторых из них может быть замечено только при сборке. Особенно часто происходит поломка относительно тонких пуансонов. Для повышения их стойкости применяют специальные направляющие, предотвращающие перекос съемников или верхней половины штампа относительно нижней. Большое значение в этом случае имеет правильный выбор инструментальной стали для изготовления таких пуансонов. При износе матриц вытяжных штампов увеличиваются радиусы их закругления. Особенно интенсивно изнашиваются матрицы, поверхность которых имеет низкую чистоту обработки или невысокую твердость.
В случае сложной вытяжки или вытяжки деталей коробчатой формы повышенный износ наблюдается в местах затрудненной деформации, например в углах. По мере износа вытяжных матриц становится больше шероховатость их поверхности со следами налипания частиц деформируемого металла. Это приводит к ухудшению качества поверхности штампуемых изделий и появлению на них разрушений. В местах изношенных радиусов закругления матрицы возможно образование складок на деталях.
Для увеличения стойкости вытяжных штампов необходимо обеспечивать высокую твердость и чистоту обработки рабочих поверхностей. Весьма важными в этом отношении являются технологические смазки. Нужно тщательно смазывать поверхность матриц или заготовок соответствующей смазкой, не допускать ее загрязнения, а также протирать заготовки для удаления загрязнений с их поверхности. Пренебрежительное отношение к соблюдению этих условий, как правило, приводит к браку при штамповке.
В процессе работы штампов в результате истирания поверхностей направляющих колонок и втулок увеличивается зазор между ними. Их износ сказывается на стойкости всего штампа. Поэтому направляющие колонки и втулки должны изготавливаться из таких материалов, которые позволяют получить высокую твердость их поверхности и максимальную износоустойчивость.
Брак при штамповке может быть также следствием неудовлетворительного состояния штамповочного оборудования или неправильной наладки штампов на нем. При установке на прессе штампов пакетного типа (без направляющих) точность и качество изделий зависят в основном от состояния направляющих ползуна пресса. Если последние изношены или плохо отрегулированы, то в результате люфта возможно смещение верхней половины штампа относительно нижней со всеми вытекающими отсюда последствиями.Если штамп имеет направляющие колонки и втулки, то при плохом направлении ползуна пресса усиленно изнашиваются направляющие, в результате чего снижается стойкость всего штампа. В верхнем положении ползуна колонки не должны выходить из втулок, в обратном случае возможны перекос верхней половины штампа относительно нижней и его поломка.
Список использованных источников:
1. Северденко В.П., Овчинников П.С., Розенберг С.Э. Брак в листовой штамповке. Минск: Наука и техника, 1973. — 168 с.