Холодная штамповка

Московский государственный технический университет
имени Н.Э. Баумана

К.И. Билибин, В.П. Григорьев

ХОЛОДНАЯ ШТАМПОВКА

Рекомендовано Научно-методическим советом
МГТУ им. Н.Э. Баумана
в качестве учебного пособия по курсу
«Технология электронных средств»

Москва
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана
2010

УДК 621.98.044
ББК 34.623
Б61

Б61

Рецензент И.Н. Шубин

Билибин К.И.
Холодная штамповка : учеб. пособие по курсу «Технология
электронных средств» / К.И. Билибин, В.П. Григорьев. – М. :
Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. – 68, [4] с. : ил.

Рассмотрены особенности деформирования материалов при обработке давлением по методу холодной штамповки. Приведены возможные конструктивные схемы и расчетные формулы, необходимые для
выбора или проектирования технологической оснастки и приспособлений при производстве электронной аппаратуры.
Для студентов приборостроительных специальностей.
УДК 621.98.044
ББК 34.623

c⃝ МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010

ПРЕДИСЛОВИЕ
В учебном пособии рассмотрены особенности деформирования при холодной штамповке и приведены возможные конструктивные схемы и расчетные формулы, применяемые при выборе
или проектировании технологической оснастки и приспособлений
для наиболее распространенных в производстве электронной аппаратуры (ЭА) технологических процессов холодной штамповки.
Холодную штамповку можно разделить на объемную и листовую.
Характер деформирования, применяемые материалы и конструкции инструментов и штампов для этих видов штамповки неодинаковы. Основными операциями листовой штамповки являются
отрезка, вырезка, вырубка, пробивка, гибка, вытяжка, а объемной
штамповки — холодное выдавливание, волочение и прокатка.

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
S — толщина материала, м
F — площадь поперечного сечения детали, м2

V — объем детали, м3

P — расчетное усилие штамповки (вырезки, вытяжки, гибки), Н
E — модуль упругости при растяжении, Па
σт — предел текучести, Па
σв — предел прочности (временное сопротивление разрыву), Па
σср — сопротивление срезу, Па
σи — сопротивление изгибу, Па
m — коэффициент вытяжки

K = 1
m — степень вытяжки
q — удельное давление, Па

ЛИСТОВАЯ ШТАМПОВКА

1. Подготовка и раскрой листового материала

Исходный материал — листовой (холоднокатаный и горячекатаный) прокат легированных сталей, цветных металлов (алюминий, медь, цинк и пр.) и их сплавов, а также неметаллические
материалы (кожа, резина, фибра, картон, оргстекло, текстолит) в
виде листов и пластин.
Подготовка исходного материала к последующей штамповке,
как правило, включает следующие операции:
— очистка исходного материала от грязи и коррозии;
— раскрой (резка на заготовки листового материала);
— правка заготовок и снятие заусенцев.
Оборудование и оснастка для раскроя состоит из ножниц, прессов и штампов.
Раскрой исходного листового материала проводится посредством рационального разделения материала на заготовки.
Прокат для холодной штамповки чаще всего поступает в виде
листов или рулонов большой площади. Для удобства его раскраивают на полосы и ленты меньших размеров. По отношению к направлению волокон проката предварительный раскрой может быть
продольным, поперечным, комбинированным и косым (рис. 1).

Рис. 1. Предварительный раскрой листового проката:
а – продольный; б – поперечный; в – комбинированный; г – косой
5

Эффективность дальнейшего раскроя полученных полос или
лент существенно зависит от размеров и форм заготовок (деталей),
которые требуется получить.
Показателем эффективности использования листового материала является коэффициент раскроя

η =
NF
BL

∙ 100 %,

где N — число деталей (заготовок), которое выкроили из данной
полосы; F — площадь детали (без вычета площади отверстий и
вырезов в детали, если они есть); B, L — ширина и длина полосы
соответственно.
На рис. 2 показаны варианты раскладки разных по форме деталей для раскроя из полосы. Максимальное значение коэффициента η получают при раскрое без отходов (рис. 2, а — в) или с
малыми (частичными) отходами (рис. 2, г, д), что возможно для
деталей простой формы при невысоких требованиях к точности
получаемых заготовок. Для деталей с высокими требованиями к
точности формы, с малыми радиусами и углами по всему контуру
выкройки предусматривают припуски и перемычки между заготовками, которые и идут в отходы раскроя. Значительная экономия
материала достигается при групповой раскладке (рис. 2, и), когда
междетальные или технологические отходы от крупных деталей 1
(основных) используют для изготовления мелких деталей 2, 3, 4 с
учетом необходимой комплектности. Если для деталей (заготовок)
простейшей формы основным способом выгодной раскладки является аналитический (расчетный), то для фасонных предпочтителен
графический способ.
В случае однорядного прямого раскроя с отходами (рис. 2, е)
необходимые размеры B и L полосы определяют через габаритные
размеры a и b заготовки и число N заготовок в полосе:

L = NT + m2,
B = b + 2m1 + δ,
где T = a + m — шаг штамповки; δ — допуск на полосу.
Значения m, m1 и m2 выбирают по справочнику [1, 2].
При однорядном наклонном и многорядном раскрое эффективность выше, но в последнем случае оборудование сложнее и
дороже.

6

Рис. 2. Раскрой полосы на заготовки:
а – в – безотходный; г, д – с малыми отходами; е – к – точный

Операции листовой штамповки классифицируют на разделительные, формообразующие и сложные (комбинированные).

2. Разделительные операции листовой штамповки

Из разделительных операций листовой штамповки при производстве изделий ЭА чаще применяют:
— резку (отрезку и вырезку) листового материала ножницами;
— вырубку и пробивку в штампах;
— чистовую вырубку и пробивку;
— зачистку и калибровку.

7

2.1. Резка листового материала на ножницах

Разделение листа ножницами может проводиться как отрезкой,
так и вырезкой. Под отрезкой понимают отделение листовой заготовки от листа по незамкнутому контуру, а под вырезкой — по
замкнутому. Например, предварительный раскрой исходного листового материала на полосы осуществляют посредством отрезки,
в то время как последующее получение заготовок из нарезанных
полос — отрезкой или вырезкой в зависимости от геометрии заготовки и предъявляемой точности. В качестве оборудования для резки применяют гильотинные, роликовые и вибрационные ножницы.
При отрезке широких полос гильотинными ножницами с косыми ножами 1 (рис. 3, а) необходимая для резки сила определяется
углом ϕ створа ножниц (ϕ = 10 . . . 30◦) и толщиной S листового
материала:

P = 0,5S2σв
tg ϕ
,

где S — толщина листа; σв — предел прочности материала.
Отрезанная полоса имеет «сабельность», т. е. получается кривой, что можно устранить только дополнительной операцией —
правкой.

Рис. 3. Схемы ножниц:
а – гильотинные; б – дисковые с прямо поставленными ножами; в – дисковые
с наклонно поставленными ножами; г – вибрационные
8

Отрезка на таких же ножницах при угле ϕ = 0 (прямыми ножами) не сопровождается «сабельностью» и отличается высоким
качеством. Но поскольку при этом линия реза равна всей ширине
B полосы, то требуется значительная сила резки

P = BSσв.

При резке на роликовых ножницах с параллельными осями
(рис. 3, б) сила P не зависит от ширины полосы B:

P = 0,4S2σв
tg α
.

Здесь α — угол захвата листа дисками 2. Значение α не должно
превышать некоторого предельного, при котором диски не захватывают лист по причине недостаточности трения между ними и
листом (α ⩽ 20◦).
В этом варианте резки также возникает явление «сабельности».
Точность резки на дисковых ножницах с прямо поставленными
ножами соответствует 14-му квалитету [1].
Для фигурной вырезки деталей или заготовок из листа по криволинейному контуру применяют роликовые ножницы с непараллельными (наклонными) дисками (рис. 3, в).
Другой вариант резки — на вибрационных ножницах (рис. 3, г).
В этом случае ножи 1 наклонены один к другому на угол ϕ
захвата листа. Верхний нож совершает вертикальные возвратнопоступательные движения относительного нижнего. Вибрационные ножницы высокопроизводительны, но контур реза получается
рваным (в виде зазубринок). При этом варианте также возможна
вырезка по криволинейному контуру.
В массовом производстве применяют многодисковые ножницы
(рис. 4). Они сложнее, но более производительны, так как позволяют получить сразу несколько полос (по числу пар ножей 1). Введение в эту конструкцию резиновых роликов 2 позволяет существенно уменьшить «сабельность» нарезанных полос. Необходимая для
резки сила

P = 0,4S2σв
tg α
n,

где n — число пар ножей.

9

Рис. 4. Многодисковые ножницы:
1 – роликовые ножи; 2 – резиновые ролики

Точность резки на многодисковых ножницах при ширине ленты
менее 50 мм составляет (±0,05 . . . 0,2) мм. Чем тоньше материал и
´уже полоса, тем выше точность.
Шероховатость поверхности среза при резке на дисковых ножницах соответствует Rz = 80 . . . 20 [1].

2.2. Вырубка и пробивка

Вырубка — получение заготовок из листового материала, пробивка — получение в заготовке необходимых отверстий (конструк
Рис. 5.
Стадии
деформирования
материала в процессе
вырубки
(пробивки)

тивных или технологических).
На рис. 5 схематично показаны три стадии
деформирования материала заготовки в процессе
вырубки (пробивки):
а — упругое деформирование (если пуансон
убрать, то полоса примет прежнюю форму);
б
— пластическое деформирование (если
убрать пуансон, то останется вмятина в материале);
в — разрушение (скалывание) материала.
Точность резки при этом зависит от толщины
листа:
13-й квалитет — при S ⩽ 1,5 мм; 14-й квалитет — при S ⩾ 1,5 мм.
Качество поверхности реза при односторонней резке соответствует Rz = 160 . . . 40, а при
двусторонней Rz = 80 . . . 20 [1].

10