Штамповка листовых неметаллических материалов

Штамповка листовых неметаллических материалов

Разделительные операции

Неметаллические материалы обладают различной штампуемостью: некоторые штампуются в холодном виде, другие – только в подогретом состоянии. Неметаллические материалы, подвергаемые разделению, условно можно разделить на четыре группы:

1) материалы повышенной хрупкости (слюда, миканит, органическое стекло, гетинакс, эбонит);

2) материалы средней хрупкости (текстолит);

3) легкоштампуемые материалы, разделяемые на обычных штампах (картон, бумага, фибра);

4) волокнистые и эластичные материалы, вырезаемые только с помощью просечек (фетр, кожа, резина простая и губчатая).

Материалы первых двух групп на штампах  обычного типа не вырезаются, так как при разделении возникают трещины, приводящие к выкрашиванию частиц даже после штамповки. С целью улучшения поверхности среза такие материалы вырезают на штампах с сильным прижимом и со скошенными режущими в виде клина на матрице. Угол заточки составляет 40–45°. Благодаря этому давление концентрируется на небольшой площади и появление трещин сводится к минимуму.

Усилие прижима можно определить по формуле

Рпр = qLs,

(0.1)

где L – длина контура резания;

q – давление прижима, зависящее от толщины материала s:

s, мм:	До 1	1,0–2,0	2,0–3,0
q, МПа:	10	15	20

Штамповку материалов первых двух групп  толщиной свыше 1 мм следует производить в нагретом состоянии. Термический режим устанавливают в зависимости от рода и толщины материала. Для текстолита используют режимы, приведенные в таблице 4.1.

Таблица 0.1 – Режимы нагрева текстолита перед разделением

Толщина материала s, мм	Температура нагрева Т, °С	Время нагрева t, мин
1–2	130+10	3
2–4	180+10	5
4–6	200+5	5

Для гетинакса при s = 0,5…3 мм Т = (80…110) + 10 °С и t = 5…8 мин. на 1 мм толщины. При этом следует учитывать, что при указанной температуре усадка гетинакса составляет около 0,2 % линейных размеров. Для органического стекла Т = 100…120 °С, а эбонит штампуется при Т = 60…80 °С. Остальные материалы не требуют подогрева при выполнении разделительных операций.

Вырезку деталей из слюды производят без подогрева. Длина пуансона и толщина матрицы должны быть минимально возможными. Зазор между пуансоном и матрицей берется минимальным – примерно 0,01–0,02 мм на размер.

Величина зазоров между пуансоном  и матрицей при вырезке обычными штампами составляет (0,04…0,05)s для гетинакса, текстолита и фибры и (0,02…0,03)s для мягкого картона, кожи и фетра.

Картон, бумагу и фибру  можно штамповать на штампах простого и совмещенного действия. Фибра хорошо штампуется в увлажненном состоянии.

Вырезка деталей простой конфигурации из мягких волокнистых и упругих  материалов типа фетра, войлока, кожы и резины осуществляется при помощи просечек – специальных контурных ножей (штанцев), имеющих форму детали (рисунок 4.1). При работе они внедряются в материал до соприкосновения с подкладкой и таким образом осуществляют полное разделение материала. Для съема детали с ножей внутри просечек помещается выталкиватель. В качестве подкладки используется дерево или фибра. При вырезке бумажных и других тонколистовых прокладок применяется штамповка пачками (до 50 листов).

Для вырезки деталей сложной  конфигурации используют ленточно-ножевые штампы, у которых режущее полотно изготовлено из ленточной стали, изогнутой по форме вырезаемой детали.

Резка листов слоистых пластмасс и  других хрупких материалов должна производиться на ножницах с параллельными ножами, так как при резке на гильотинных ножницах в результате изгиба отрезаемой части заготовки наклонным ножом на ее поверхности образуется сеть трещин (так называемая «елочка»). Резка листов на полосы должна производиться с надежным прижимом материала. Глубина перекрытия режущих кромок ножей должна составлять не более 0,5 мм.

Размеры перемычек при раскрое  неметаллических материалов принимаются в 1,5–2,0 раза больше, чем для металлов.

Достижимая точность при  обычном способе штамповки примерно 5-го класса точности. Если необходимо получить деталь с более точными размерами и хорошей шероховатостью поверхности среза, то применяется зачистка, аналогичная зачистке металлических деталей. Зачистка производится в холодном виде.

Припуск на зачистку при вырезке  гетинакса, текстолита и эбонита составляет 25 %, а фибры около 20 % от толщины материала. Применяется также и двукратная зачистка. Припуск для второй зачистки составляет 0,6–0,7 от припуска для первой. Угол скоса режущей кромки зачистной матрицы составляет 45°.

Усилие вырезки неметаллических  материалов определяется по тем же формулам, что и для металлов. Значения сопротивления срезу при  разделении различных неметаллических  материалов представлены в таблице 4.2.

Таблица 0.2 – Сопротивление срезу неметаллических материалов s_ср, МПа

Материал	sср
	при обычной вырезке	при просечке
Текстолит	80–150	90
Гетинакс	70–110	120
Слюда	50–80	50–80
Фибра	140–200	–
Эбонит	30	–
Резина	6–10	8
Бумага	20–40	20
Картон	30–60	30
Кожа	45–55	50

 

Формоизменяющие операции

Основными формоизменяющими операциями при штамповке неметаллических материалов являются гибка, вытяжка и формовка.

Гибке поддаются большинство неметаллических материалов в холодном или нагретом состоянии. Не поддаются гибке гетинакс, коллекторный и прокладочный миканиты.

Тонколистовой текстолит (до 2–3 мм) подвергается гибке после нагрева до 150–170 °С. Нагрев лучше всего производить в печи или с помощью инфракрасных лучей в течение 1–2 мин. Стеклотекстолит гнется аналогично текстолиту, а температура его нагрева составляет 230 °С.

Органическое стекло подвергается гибке при температуре Т = 105…150 °С и охлаждении наружных слоев на воздухе в течение 10–15 с. Гибка деталей из органического стекла производится на болванках (пуансонах), покрытых байкой или мягкой листовой резиной. Болванки изготавливаются из текстолита, гетинакса, дерева, алюминиевых сплавов и чугуна. Нагретую заготовку укладывают на болванку, прижимают ее слегка рукой для придания ей требуемой формы, после чего края заготовки и болванки скрепляют струбцинами, также обитыми байкой. Снимают деталь с болванки после ее охлаждения до 30–40 °С.

Гибкий миканит подвергается изгибу без нагрева, а формовочный гнется в штампах – пресс-формах, нагретых до 150–170 °С, с выдержкой под давлением в течение 20 с.

Гибку картона и фибры выполняют после предварительной вырезки и увлажнения заготовки (1,5–2 часа на 1 мм толщины).

Вытяжкой и формовкой изготавливают  большое количество различных деталей, в основном из термопластичных пластмасс: полиэтилена, поликрилата, поливинилхлорида, органического стекла и др. К таким изделиям относятся корпуса и облицовка различных приборов, футляры, бачки и другие объемные изделия сложной конфигурации.

Большинство неметаллических материалов подвергается вытяжке и формовке в нагретом состоянии, фибра вытягивается в увлажненном состоянии. Технология формообразования деталей из неметаллических материалов основана на оптимальной степени нагрева и перевода их в высокопластичное или вязкотекучее состояние.

Технологические процессы формовки-вытяжки  выполняются следующими способами:

1) вакуумной или пневматической формовкой с применением одной только матрицы или формы;

2) формовкой-вытяжкой в штампах с жестким или эластичным пуансоном и жесткой матрицей.

Первый способ (рисунок 4.2) широко применяется при изготовлении деталей из органического стекла, полиэтилена и др. Второй способ используется в основном при изготовлении деталей из слоистых пластмасс и частично органического стекла.

Процесс вакуумной формовки (рисунок 4.2а) выполняется в несколько последовательных операций: нагрев заготовки; вытягивание нагретого листа сжатым воздухом; формовка вытянутого листа вакуумом; охлаждение изделия; обрезка краев. Вакуум-формовочные установки позволяют формовать изделия до 2 м длиной из заготовок толщиной до 3–4 мм.

Другим промышленно распространенным способом является пневматическая формовка в жестких формах (рисунок 4.2б), применяемая для изготовления корпусных деталей из более толстых заготовок (до 15–20 мм). Обычно процесс пневматической формовки осуществляется в два приема: предварительная формовка при низком давлении в течение 15–30 с, а затем окончательная формовка при повышенном давлении воздуха. Величина последнего определяется опытным путем в зависимости от толщины материала и формы изделия.

Для формовки глубоких изделий сложной  формы нашли применение комбинированные методы формовки, в которых пневматическая формовка сочетается с механической формовкой пуансоном. В ряде случаев применяется формовка в упругой матрице, иногда даже без применения сжатого воздуха.

В мелкосерийном производстве крупные  сферические детали из органического стекла изготавливают путем вытяжки в вытяжных штампах с нагревом заготовки до 115–120 °С или формовкой под вакуумом в особом сосуде с обогревом заготовки инфракрасными лучами.

Из слоистых материалов вытяжке  подвергаются лишь фибра, текстолит и стеклотекстолит.

Фибру перед вытяжкой вымачивают так же, как и перед гибкой. Перед штамповкой увлажненная заготовка и штамп посыпаются графитом или тальком в качестве смазки. Вытяжка осуществляется с прижимом. Отштампованную деталь снимают с вытяжного пуансона, надевают на болванку, имеющую форму и размеры пуансона, и высушивают в камере при 70 °С в течение 12 часов, а затем просушивают на открытом воздухе.

Из текстолита и стеклотекстолита вытяжкой можно изготавливать лишь неглубокие цилиндрические, конические и полусферические детали, но только в нагретом состоянии. Текстолит нагревается до 150–170° С и вытягивается в штампах с прижимом, стеклотекстолит нагревается до 230° С и вытягивается в пресс-формах.

Из других материалов вытяжке подвергаются картон и кожа. Из картона вытягивают небольшие крышки и пробки, а из кожи – уплотнительные манжеты и сальники. Кожу вытягивают с нагревом в масле до 200 °С, а картон – в штампах, нагретых до 120 °С.