Работа с листом толщиной до 3 мм при формовке купольных поверхностей вручную

При изготовлении выпуклых сферических поверхностей из стального, алюминиевого или медного листа толщиной от 0,5 до 3 мм требуется точный расчет усилий, рациональный подбор инструмента и соблюдение радиуса изгиба.

Для мягких сортов металла минимальный радиус кривизны при ручной формовке составляет 2,5 толщины заготовки, для твердых — не менее 4. Если значение меньше, материал теряет прочность и появляются разрывы вдоль волокон.

В случае с холоднокатаной сталью марки 08кп при толщине 2 мм минимальный радиус составляет около 8 мм.

Перед началом следует оценить пригодность листа на предмет остаточных напряжений и отклонений по плоскости. Прокат, полученный на листопрокатных станах с большой остаточной кривизной, при формовке стремится вернуться к начальному состоянию. Это вызывает нарушение симметрии купола.

Заготовку перед формированием необходимо отжечь при температуре 550–600 °С с выдержкой не менее 30 минут, особенно в случае с алюминием или латунами марок Л63 или ЛС59.

Разметка ведется строго по шаблону. Плоскость размечается с учетом оси симметрии.

Расчётное значение диаметра заготовки под купол высотой H и радиусом основания R вычисляется по формуле: D = 2 * √(R² + H²).

Это значение корректируется на припуск под отбортовку — от 5 до 12 мм в зависимости от ожидаемого усилия. Для точного профиля применяется деревянная модель купола, по которой ведётся проверка в ходе деформации.

Работа начинается с грубой протяжки вручную с помощью рихтовочного молотка весом от 350 до 500 г. Удары наносятся вдоль окружности с шагом 10–15 мм по концентрическим кругам. В случае с медным листом предпочтительно использовать молоток с полированной сферической бойком диаметром 35 мм, чтобы избежать отпечатков и вмятин. Вдавливание происходит от центра к периферии, равномерно распределяя напряжение.

В процессе работы используется массивная стальная бабка или сферическая наковальня диаметром 100–120 мм. Заготовку укладывают выпуклой стороной вверх, при этом контактная поверхность бабки смазывается графитовой пастой, чтобы избежать прилипания при высоком трении. Рихтовка ведётся поэтапно, каждый сектор проходит не более 2 раз, чтобы не возникли неравномерные утонения.

После первичной формовки следует правка. В этом случае применяются деревянные киянки с закруглением 30–50 мм. Удары ведутся от центра вверх вдоль условных меридианов купола, выравнивая радиус. Шаг ударов не превышает 20 мм, при этом каждый прогон чередуется с охлаждением заготовки. Для уменьшения остаточных напряжений деталь периодически нагревается до 300–350 °С.

При работе с оцинкованной сталью киянку изготавливают из древесины твердых пород, например, бука. Сушка древесины обязательна — при содержании влаги выше 10% остаются следы сдавливания. В условиях цеха удобна металлическая матрица радиусом 200–250 мм, обтянутая кожей — она предотвращает скольжение и равномерно распределяет давление.

Для контроля кривизны используют лекальные шаблоны из фанеры толщиной 6 мм. Они вырезаются по заранее рассчитанным дугам. Контакт по трем точкам свидетельствует о верном профиле. При отклонении свыше 1,5 мм проводится местная подправка с применением выколотки. Диаметр бойка — 15–25 мм, удары наносятся со стороны вогнутости.

В условиях ручной обработки латунных листов применяют предварительный отжиг после каждой 3-й итерации рихтовки. Температура — 450 °С, выдержка — 20 минут, затем охлаждение на воздухе. Это предотвращает возникновение трещин по границам зерен. Поддержание температуры в пределах указанного интервала контролируется пирометром.

На заключительном этапе допускается применение мягкой стальной гладилки с фаской, которая вручную проводится по всей поверхности. Это необходимо для снятия мелких вмятин и достижения однородного отражения. В случае алюминиевых заготовок обрабатывается вся поверхность вручную мелкой абразивной шкуркой зернистостью Р240–Р320. Затем проводится полировка войлочным кругом со средней пастой ГОИ.

При радиусе поверхности менее 150 мм и толщине свыше 2 мм давление от киянки может оказаться недостаточным. В таких ситуациях применяют подпрессовку на мягкой резиновой матрице, которую располагают под заготовкой. Материал под действием удара оседает в объем формы. Это повышает точность и исключает пружинение.

Наиболее точная геометрия достигается при сочетании горячей и холодной обработки. В случае с углеродистой сталью используется чередование ударов при 300 °С и окончательное выравнивание на холодной поверхности. Это позволяет удержать форму без возврата к исходному состоянию.

При толщине листа до 1 мм возможно выполнение полной формовки без отжига, но при обязательном ограничении радиуса кривизны до 3 толщин. В случае превышения — микротрещины появляются даже при визуально ровной поверхности. Проверку проводят на просвет, подсвечивая лампой снизу: отражённый свет позволит выявить отклонения от сферичности.

Обрабатываемая деталь может фиксироваться зажимами по периметру, но с прокладками из фетра, чтобы не повредить кромку. При формировании куполов больших диаметров используют каркас, на который укладывается заготовка с пригрузом из мешков с песком. Это предотвращает коробление в процессе работы.

Если необходимо выполнить отбортовку по нижнему краю, используется кромкогиб, настроенный на радиус 4 мм. При этом края обрабатываются до получения полукруглого профиля, иначе при установке купола в корпус возникает заклинивание. Деталь устанавливается в оправку и обжимается вращением с постепенным нажимом.

Формовка вручную требует постоянного контроля деформации. В случае заметного вытягивания по одной из сторон проводят частичное укорачивание методом обжатия с противоположной. При использовании симметричной рихтовки с обеих сторон шаг должен быть одинаков — не более 12 мм между ударами.

Медь марки М1О требует предварительной очистки от окислов, иначе при нагреве окалина снижает пластичность. В условиях мастерской очистка проводится вручную раствором серной кислоты 10%, после чего лист промывается и сушится. Для сохранения формы после формовки край детали обрабатывается ручной фальцовкой на глубину 5 мм с усилием 200 Н.

Места пересечения рихтовочных кругов обрабатываются в последнюю очередь. Это позволяет выровнять напряжение по всей поверхности и избежать появления трещин на стыках. При необходимости купол обжимается с применением силиконовой прокладки, повторяющей форму матрицы, с усилием до 400 Н.