Разделительные операции листовой штамповки

Введение

Разделительные операции листовой штамповки являются основой заготовительного производства в машиностроении, обеспечивая получение деталей или заготовок заданной формы и размеров из листового материала. Эти операции включают механическое разделение материала путем сдвига, внедрения инструмента или удаления части материала в виде отходов. Они применяются для подготовки заготовок, создания отверстий, удале- ния технологических припусков и формирования деталей сложной геометрии. Эффективность разделительных операций напрямую влияет на экономию материала, производительность и качество готовых изделий. В данном лекционном материале подробно рассматриваются виды разделительных операций, технологии их выполнения, оборудование, методы раскроя, показатели эффективности и современные подходы к оптимиза- ции процессов.

Основные виды разделительных операций

Разделительные операции листовой штамповки включают следующие процессы:

• Отрезка: полное отделение части заготовки по незамкнутому контуру с использованием сдвига. Применяется для получения полос или карт.
• Разрезка: разделение заготовки на части по незамкнутому контуру с отходами (например, при резке полос) или без отходов (для получения заготовок без потерь).
• Надрезка: неполное отделение части заготовки, создающее надрезы для последующей обработки.
• Обрезка: удаление излишков материала, таких как припуски или облой, после формовки.
• Вырубка: полное отделение заготовки или изделия по замкнутому контуру, например, для получения круглых или фигурных деталей.
• Пробивка: создание отверстий или пазов с удалением материала в отход.
• Проколка: формирование отверстий без удаления материала, часто с выдавливанием кромок.
• Зачистка: удаление технологических припусков с образованием стружки для повышения точности размеров и качества поверхности.
• Высечка: отделение заготовки по замкнутому контуру путем внедрения инструмента в материал.
• Просечка: образование отверстий с удалением материала в отход, аналогично пробивке, но с использованием специальных инструментов.

Каждая операция имеет свои особенности, выбор которых зависит от типа материала, толщины листа, формы детали и требований к точности. Например, вырубка и пробивка требуют высокой точности штампа, а зачистка используется для финальной обработки.

Технологии разрезания листового материала

Перед выполнением разделительных операций листовой материал (листы, ленты, рулоны) подвергается разрезанию на полосы или карты в заготовительном отделении. Для этого применяются различные технологии и оборудование.

Механические методы резки

• • • Приводные ножницы: с параллельными или наклонными ножами. Используются для резки листов толщиной до 10 мм. Наклонные ножи снижают усилие резки.
    • Дисковые ножницы: оснащены цилиндрическими или дисковыми ножами. Подходят для продольной и поперечной резки лент.
    • Вибрационные ножницы: обеспечивают высокую точность и мини- мальные деформации, особенно для тонких листов.
    • Отрезные штампы: применяются на прессах для резки штучных за- готовок. Используются в массовом производстве.

Автоматизация подачи материала

Листы подаются к ножницам вручную или с помощью листоукладчиков, оснащенных:

• • • Электромагнитными распушителями: предотвращают слипание ли- стов, намагничивая их торцы.
    • Присосками: подъем верхнего листа для исключения слипания.
    • Контролирующими устройствами: останавливают процесс при по- даче двух листов.

Для рулонного проката используются линии раскроя, включающие:

• • • Разматыватели.
    • Подающие ролики.
    • Дисковые ножницы.
    • Устройства для намотки отходов.

Автоматические линии позволяют резать заготовки прямоугольной, трапецеидальной или криволинейной формы с высокой производительностью.

Лазерная резка

Лазерная резка приобретает все большую популярность благодаря высо- кой точности и универсальности. Основные характеристики:

• • • Принцип действия: термическое воздействие света, поглощаемого материалом.
    • Типы лазеров: твердотелые, полупроводниковые, жидкостные, газо- вые (наиболее распространены).

Параметры:

• • • • Мощность: 250–6000 Вт.
      • Диаметр пучка: 0,2–0,3 мм.
      • Ширина реза: 0,2–0,5 мм.
      • Скорость резки: до 5 м/мин (например, 2 м/мин для стали 2 мм, 5 м/мин для стали с покрытием 1,5 мм).
      • Толщина материала: до 7 мм (сталь), до 30 мм (пластик).

Преимущества лазерной резки:

• • • Узкий рез с минимальной зоной термического воздействия.
    • Минимальные деформации и неровности.
    • Бесконтактная обработка.
    • Возможность резки тугоплавких, сверхтвердых и токсичных матери- алов.
    • Полная автоматизация и высокая точность сложных контуров.

Другие методы резки

• • • Плазменная резка: для материалов толщиной 5–100 мм. Использует плазменную дугу для плавления металла.
    • Эрозионная резка: высокоточная обработка с использованием электрического разряда.
    • Гидроабразивная резка: для материалов, чувствительных к нагреву, с использованием струи воды с абразивом.

Раскрой листового материала

Раскрой — это процесс оптимизации размещения заготовок на листе, полосе или ленте для минимизации отходов и повышения экономии материала. Раскрой учитывает форму деталей, свойства материала и технологические требования.

Типы раскроя

Раскрой листового проката делится на:

• • • Поперечный: резка перпендикулярно длине листа, подходит для узких полос.
    • Продольный: резка вдоль листа, обеспечивает высокую производительность.
    • Комбинированный: сочетание поперечной и продольной резки для сложных заготовок.

Факторы, влияющие на выбор типа раскроя:

• • • Экономия материала.
    • Ориентация волокон металла (например, перпендикулярно линии гиба для предотвращения трещин).
    • Производительность оборудования.

Классификация раскроя по отходам

• • • С отходами: вырубка по замкнутому контуру с перемычками между деталями (a₁) и кромками листа (a). Перемычки компенсируют по- грешности подачи и обеспечивают точность.
    • Малоотходный: без боковых перемычек, ширина полосы равна ширине детали.
    • Безотходный: детали сопрягаются без перемычек, минимизируя отходы.

Характеристики перемычек:

• • • Ширина: 1,0–3,2 мм (толщина материала до 4 мм); 2,5–6,5 мм (4–10 мм).
    • Жесткость: предотвращает втягивание в зазор между пуансоном и матрицей.
    • Зависимость: от толщины, твердости материала, конструкции штампа и способа подачи.

Виды раскроя по форме деталей

• • • Прямой: для прямоугольников, кругов, овалов.
    • Наклонный: для Г-образных деталей.
    • Встречный: для Т- и Ш-образных форм.
    • Комбинированный: для деталей разной формы из одного материала.
    • Многорядный: для мелких деталей в массовом производстве.
    • С вырезкой перемычек: для узких деталей (например, часовых стре- лок).

Показатели эффективности раскроя

Затраты на материал составляют 50–70% себестоимости штампованных деталей. Снижение отходов на 1% уменьшает себестоимость на 0,4–0,5%. Основные показатели эффективности:

• Коэффициент использования металла (K): отношение массы дета- лей к массе исходного листа:

nf

K = B × L,

где n — количество деталей, f — площадь одной детали, B × L — пло- щадь листа. Для деталей с отверстиями:

n(f − f)

K = ,

B × L

где f — площадь отверстий.

• Коэффициент раскроя (K): отношение площади внешнего контура деталей к площади листа. При отсутствии отверстий K = K.

Высокий K свидетельствует об эффективном использовании материала и технологичности конструкции.

Методы выбора раскроя

Выбор оптимального раскроя осуществляется двумя основными метода- ми:

• Опытно-графический: используется в мелкосерийном производстве. Шаблоны из бумаги или картона располагаются на макете листа для минимизации отходов. Учитываются перемычки и шаг штамповки.
• Аналитический: расчетный метод, основанный на математических моделях. Применяется для серийного и массового производства.

Пример расчета для круглых заготовок

Для круглых деталей применяются параллельный и шахматный раскрои:

Параллельный раскрой:

b = ND + 2a + (N − 1)a₁ + 2∆b + z,

где N — число рядов, D — диаметр заготовки, a, a₁ — перемычки, ∆b

— допуск, z — зазор.

Шахматный раскрой:

b = D + 2a + (N − 1)(D + a₁) + 2∆b + z.

Число полос (m):

• • • Продольная резка: m = ^B .

b

/

• • • Поперечная резка: m = ^L .

b

/

Число заготовок в полосе (k):

• • • Параллельный раскрой:

L − a

k = N

D + a₁

B − a

k = N

D + a₁

(продольная резка),

(поперечная резка).

• • • Шахматный раскрой:

k = N₁l₁ + (N₁ − 1)l₂,

где N₁, N₂ — число рядов, l₁, l₂ — число заготовок поперек полосы. При четном числе рядов:

при нечетном:

k = 0, 5(2N₁ − 1),

k = 0, 5[N₁(l + 1) + (N₁ − 1)(l − 1)].

Общее число заготовок: n = mk. Коэффициент использования металла:

0, 785D²n

K = B × L .

Шахматный раскрой эффективнее при диаметре заготовок до 100–120 мм и большем числе рядов (10 для мелких деталей, 1–2 для крупных).

Современные технологии и тенденции

Современные технологии раскроя включают автоматизацию и программ- ное обеспечение:

• Программы: «Раскрой-80», «Раскрой-АРМ», САПР «Техтран», «Сириус», T-Flex. Учитывают тип материала, конструкцию штампа, способ по- дачи и вид раскроя.
• Результат: повышение K на 5–10%.
• Автоматизация: подача листов к прессам без предварительной ре ки полос.
• Тенденции: использование числового программного управления (ЧПУ) для лазерной и плазменной резки, интеграция с CAD/CAM системами.

Контрольные вопросы

1. Какие операции относятся к разделительным в листовой штамповке? Опишите их особенности.
2. Чем отличаются вырубка, пробивка и проколка?
3. Какие технологии и оборудование используются для разрезания листового материала?
4. Каковы преимущества лазерной резки по сравнению с механическими методами?
5. Какие типы раскроя существуют? Как они влияют на экономию материала?
6. Как рассчитывается коэффициент использования металла (K)? Какие факторы на него влияют?
7. Опишите процесс выбора оптимального раскроя для круглых заготовок. В чем преимущества шахматного раскроя?
8. Как современные технологии, такие как САПР, влияют на эффективность раскроя?