Виды и причины дефектов при листовой штамповке

Брак при листовой штамповке разделяется на исправимый, характери­зующийся мелкими дефектами изделия, поддающимися исправлению, и неисправимый (окончательный), характеризующийся крупными дефектами изделия, которые не поддаются исправлению.

Дефекты, допустимые без ущерба для качества изделия, должны быть оговорены в технических условиях на приемку изделий.

Дефекты, возникающие в процессе наладки штампа и регулировки пресса при запуске новой партии изделий, считаются неизбежными и обычно планируются в определенном объеме при расчёте потребности в исходном мате­риале. Количество этого технически неизбежного брака зависит от харак­тера технологического процесса и сложности наладки. При изготовлении плоских изделий вырубкой процент такого брака практически ничтожен и его можно не учитывать. Но при наличии формоизменяющих операций, в особенности при глубокой вытяжке сложных деталей, количество подобного брака возрастает. В автомобильном производстве этот вид брака обычно находится в пределах 0,15–1,5% от веса материала на всю партию изделий.

Дефекты, возникающие в процессе производства, вызываются рядом при­чин и в зависимости от этого подразделяется на следующие виды:

1. Дефекты по вине рабочего бывают по причине захламленности и грязи на рабочих местах, вследствие попадания в штамп прилипшей к заготовкам мелкой высечки от дыропробивных операций, комков грязи и т.п., остав­ляющих на обрабатываемом изделии отпечатки и вмятины, которые иногда оказываются неисправимыми.

2. Дефекты по исходному материалу обусловли­ваются несоответствием исходного материала техническим требованиям по физико-механическим свойствам (штампуемости), толщине и качеству поверхности. Низкие физико-механические свойства исходного материала являются одной из основных причин, вызывающих трещины и разрывы при глубокой вытяжке и других формоизменяющих операциях. При гибочных работах изменение упругости материала вызывает дефекты изделий по разме­рам вследствие пружинения и по трещинам в зоне гибки.

При формоизменяющих операциях значительные колебания по толщине металла заготовки также часто вызывают отклонение размеров изделия и приводят к разрывам и трещинам материала.

Во многих случаях глубокой вытяжки сложных изделий в целях уменьшения коэффициента трения необходима весьма гладкая и чистая поверхность металла, т.к. иначе на изделиях возможны трещины и разрывы. Чистота поверхности материала играет важную роль также и в том случае, когда к изделию предъявляются определенные требования в отношении декоративности.

Волнообразный тройной перегиб листа, имеющий место в процессе валь­цовки, приводит к значительному выравниванию в металле разницы в пре­деле текучести отдельных зерен и устраняет тем самым причину возникно­вения полос деформации при вытяжке.

Операция вытяжки должна следовать возможно быстрее после вальцовки, в противном случае не только пропадает эффект вальцовки, но сталь становится непригодной для вытяжки из-за значительного ухудшения ее способности к вытяжке вследствие старения. Процесс старения малоуглеродистого сталь­ного листа ускоряется при его холодной деформации и дает ощутимое измене­ние физико-механических свойств уже через несколько часов после вальцовки.

На метал­лургических заводах, в целях предотвращения появления полос дефор­мации при штамповке, листы подвергаются спе­циальной обработке – «дрессировке», представляющей собой прокат­ку листов в холодном состоянии с обжатием 0,5–3%. Дрессировка, так же, как и вальцовка на многовалковых ма­шинах с подъемным ро­ликом, не дает сталь­ному листу стабильных качеств и с течением времени результаты, до­стигнутые дрессиров­кой, частично или пол­ностью уничтожаются в связи с процессом старения.

Другим способом борьбы с полосами деформации является увеличение растяжения листа при вытяжке (растяжение за пределами текучести) путем соответствующего подбора усилия прижима и наиболее рациональ­ного размещения вытяжных ребер в штампе.

Появление полос деформации на поверхности облицовочных де­талей, подвергаемых декоративной окраске и полировке, является трудноустранимым дефектом.

3. Дефекты, связанные с качеством изготовления и ремонта штампов имеют большой удельный вес в общем количестве дефектов и обусловли­ваются недостаточно точной регу­лировкой штампов, износом и поломкой их деталей, ошибками в размерах рабочих частей штампа и другими причинами.

Недостаточно точная установка, износ и поломка фиксирующих устройств штампов приводят к неправильному расположению заготовки относительно рабочих частей штампа и, следовательно, к нарушению формы и размеров изделия.

В вытяжном штампе перекос прижимного кольца относительно зеркала матрицы или неправильная регулировка прижима заготовки вызывают появление трещин и разрывов на изделии при излишней силе прижима и образование морщин и складок при недостаточной силе при­жима

Превышение при регулировке закрытой высоты пресса относительно за­крытой высоты штампа и недостаточно большая мощность пресса вызывают недоштамповку при таких операциях, как вытяжка, формовка и гибка.

Отсутствие тщательной доводки размеров рабочих частей штампа при­водит к дефектам изделия по размерам. Дефект по этой причине наиболее характе­рен для гибочных операций, поскольку неточная доводка гибочного штампа приводит к появлению пружинения металла.

Недостаточная сила прижима, чрезмерный износ поверхностей рабочих частей штампа или неправильная конструкция вытяжного штампа (непра­вильное положение изделия в штампе, неудачная форма и размеры поверх­ности прижима заготовки и пр.) при вытяжке приводят к таким дефектам, как морщины и складки.

На крупных тонколистовых изделиях с малой кривизной по­верхности при недостаточной их жесткости могут возникать так на­зываемые «хлопуны». Сущность этого явления заключается в том, что при легком нажатии на деталь поверхность ее упруго прогибает­ся, а при освобождении – вновь выпрямляется; при этом возникает характерный звук – хлопок. Этот дефект недопустим для облицовоч­ных деталей кузова автомобиля. Причиной появления «хлопунов» является слабый прижим заго­товки в процессе вытяжки, не обеспечивающий достаточно сильного растяжения материала. Устранению «хлопунов» способствует вальцовка заготовок перед вытяжкой на многовал­ковой машине. При вальцовке уничтожаются местные выпучивания, кото­рые затрудняют равномерный натяг материала в процессе вытяжки.

Устранение дефекта «хлопунов» должно проводиться путем увеличения силы прижима заготовки при вытяжке, а если это не дает эффекта, то путем установки дополнительных вытяжных ребер для создания более равномер­ного натяжения материала.

При плоскостной правке листовых деталей основным видом дефектов является отсутствие необходимой плоскостности изделий. По-видимому, лучшим способом борьбы с такого рода проблемами является рациональная конструкция самих штампуемых изделий, т.е. придание изделиям такой формы, которая обеспечивала бы их надлежащую жесткость.

Попытки применения прессов большого тоннажа для увеличения усилия при правке редко приводят к положительным результатам.

В некоторых случаях получение плоскостности изделий при правке удается достигнуть введением предварительного низкотемпературного отжига изде­лий, обеспечивающего снятие внутренних напряжений, а также улучшением конструкции правочного штампа (устранением возможности деформации изде­лия съемником, если таковой применяется в штампе, введением более силь­ного прижима и пр.).

У вытяжных штампов недопустимо большой износ радиуса закругления мат­рицы вызывает шероховатость поверхности мат­рицы, что приводит к налипанию обрабатываемого металла и образованию на изделиях царапин и задиров.

Износ матриц у вытяжных штампов для изделий некруглой формы наиболее интенсивно происходит на участках затрудненной деформации, например в углах, где в первую очередь и возникают дефекты, связанные с износом.

Возникновение царапин и задиров на изделиях связано также с попа­данием внутрь штампа мусора, грязи или мелких посторонних предметов.

Мерами борьбы с износом, царапинами и задирами являются своевремен­ный планово-предупредительный ремонт штампов, применение соответству­ющих смазок при вытяжке, обеспечение чистоты на рабочем месте, повы­шение стойкости штампов путем соответствующего подбора материалов для деформирующих деталей штампа и их термической обработки. Значительное повышение стойкости вытяжных пуансонов и матриц достигается наплавкой твердыми сплавами (стеллитом, сормайтом), хромированием и азотированием.

4. Дефекты, связанные с отступлениями от технологии, обусловлены пропуском или неправильной последовательностью операций, неправильными размерами заготовки, несоответствием материала заготовки по марке и толщине, нарушением режимов штамповки и т.д.

Случаи подачи для штамповки заготовок неправильных размеров возни­кают на практике довольно часто и являются обычно или следствием оши­бок в технологической документации или результатом допущенных нару­шений технологии.

На вытяжных операциях увеличение размеров заготовки обычно вызы­вает появление трещин и «рванин» вследствие увеличения общего усилия при­жима заготовки. Наоборот, уменьшение размеров заготовки обычно приво­дит к морщинам и складкам вследствие недостаточно сильного зажатия заготовки прижимом.

Дефекты вследствие несоответствия материала заготовок по марке, толщине и прочим требованиям технологии обычно обнаруживаются на формоизменяю­щих операциях, которые особенно чувствительны к изменениям свойств материала. При вытяжке дефекты в этом случае будут представлены в виде разрывов и трещин, при гибке – в виде трещин в местах гибки и нарушения размеров изделия из-за изменения величины пружинения.

При глубокой вытяжке нарушение режимов штамповки, установленных технологией (применение смазки другого состава, вытяжка с недопустимо высокой скоростью и т. д.), приводит к возникновению дефекта изделий по «рванинам» и трещинам.