Формоизменяющие операции деформирования листового металла

    К формоизменяющим операциям листовой штамповки традиционно относят три основных: гибку, вытяжку и формовочные операции.

    Гибка, как формоизменяющая операция холодной листовой штамповки, имеет свои особенности в сравнении с гибкой для восстановления кривизны деталей и кузнечной гибкой. Прежде всего, схемы напряженно-деформированного состояния в случае изгиба узких заготовок и относительно широких листовых заготовок различны: в первом случае – объемное деформированное состояние, а напряженное состояние близко к плоскому, т.к. поперечное сечение образца деформируется во всех трех направлениях; во-втором – деформацию практически можно считать плоской, а напряженное состояние – объемным, ввиду значительного сопротивления, оказываемого большой шириной заготовки.

    Гибка листовой заготовки чаще всего производится на большие углы (по сравнению с правкой) и в холодном состоянии (в отличие от кузнечной гибки), поэтому надо учитывать в этом случае минимальные допустимые радиусы гибки и углы упругого пружинения.

    Относительные минимальные радиусы гибки (r/S)_min зависят от материала, его состояния (отожженный или наклепанный) и расположения линии сгиба (поперек или вдоль «волокон» проката). Например, величина (r/S)_min для стали 3 в отожженном состоянии поперек «волокон»  проката –0,1, а в наклепанном состоянии вдоль «волокон» проката – 1; для коррозионностойкой стали 12Х18Н9Т в отожженном состоянии соответственно 1 и 4.

    Конкретные значения углов пружинения и минимальных радиусов гибки для разных сплавов в зависимости от параметров процесса гибки приводятся в справочной литературе.

    Технологические приемы гибки очень разнообразны – кроме гибки в штампах, редко применяемой в ремонтном производстве, используют различное универсальное гибочное оборудование и приспособления. Так для изготовления цилиндрических обечаек произвольного радиуса и трубчатых деталей используют валковые машины. Изменяя положение осей на них можно согнуть лист на требуемый радиус без замены инструмента (рис. 50а). Для гибки деталей коробчатой формы и профилей используют гибочно-штамповочные и кромкогибочные прессы, у которых комплект универсального инструмента - съемных линеек, позволяет гнуть детали разнообразных сечений (рис. 50б).

    Вытяжка, или как ее иногда называют – глубокая вытяжка, при которой главной и наибольшей по величине деформацией является деформация тангенциального сжатия в плоском фланце заготовки, требует обычно применения пуансона и матрицы с точным взаимным позиционированием, прижима, съемника и других деталей, но для ремонтного производства использование таких, достаточно сложных штампов, не оправдано.

    Формовочные операции в ремонтном производстве находят применение. Они в большинстве случаев могут выполняться с помощью частично универсального, упрощенного инструмента. В формовочных операциях происходит местная пластическая деформация различного характера на отдельных частях заготовки. К ним относят отбортовку, раздачу, обжим, рельефную формовку.

    Отбортовка – операция получения горловин в плоской или пространственной заготовке путем вдавливания в отверстие матрицы части заготовки с предварительно пробитым отверстием (рис. 51). Напряженное состояние в этой части заготовки - двухосное растяжение. Основная деформация – тангенциальная деформация растяжения, толщина заготовки во всем очаге деформации уменьшается.

    Количественный показатель деформации при отбортовке – коэффициент отбортовки К₀:

К₀ = d/D,

где d – диаметр отверстия до отбортовки;

D – диаметр отбортовки (по средней линии).

    При предельном значении коэффициента отбортовки у края горловины появляются продольные трещины. Минимальные предельные значения К₀ при холодной отбортовки зависят о пластических свойств деформируемого металла, способа получения отверстия в исходной заготовке, отношения толщины листа к диаметру отверстия. Для малоуглеродистой стали, например, при относительной толщине 0,05 и пробивке отверстия штампом К₀≈0,5, а при сверлении отверстия К₀≈0,45; такой же коэффициент отбортовки при относительной толщине 0,1 и пробивке отверстия штампом.

    Диаметр отверстия заготовки d обычно находят из условия, что длина образующей при отбортовке не изменяется, т.е.

d = D +2(r_м + S/2) – 2h.

    Радиус скругления матрицы r_м берут увеличенным, так же как и зазор между матрицей и пуансоном, когда отбортовка производится с целью увеличения жесткости конструкции. Если отбортовку применять для того, чтобы иметь цилиндрическую стенку под резьбу или запрессовку осей, то радиус скругления r_м берут меньше, однако при этом кромка утоняется больше и увеличивается усилие отбортовки.

    Раздача – операция, предназначенная для увеличения диаметра краевой части полой цилиндрической заготовки. Осуществляется раздача внедрением в заготовку пуансона с увеличивающимся диаметром по длине (рис. 52). Как и при отбортовке, краевая часть заготовки, деформирующаяся в условиях, близких к линейному растяжению, получает наибольшее тангенциальное удлинение. Допустимое за одну операцию увеличение диаметра трубной заготовки ограничивается в одних случаях предельной тангенциальной деформацией, при которой металл разрушается, а в других – потерей устойчивости недеформируемой части при предельном усилии на пуансоне.

    Как при отбортовке, на величину допустимого без разрушения заготовки увеличения диаметра краевой части оказывают влияние сходные факторы, в частности, состояние металла у края заготовки и отношение толщины заготовки к ее диаметру.

    На величину допустимой степени деформации – коэффициента раздачи К_р=d\D, заметное влияние оказывает угол конусности пуансона. Оптимальное значение угла конусности α составляет примерно 15…20º и увеличивается с увеличением коэффициента трения.

    Величина коэффициента раздачи К_р для разных сплавов приближенно лежит в пределах 0,73…0,83.

    Обжим – операция, предназначенная для уменьшения поперечных размеров краевой части полой цилиндрической заготовки. Деформирование заготовки при обжиме осуществляется рабочим инструментом – матрицей (рис. 53); заготовка заталкивается в воронкообразную рабочую полость матрицы.

    Схема напряженного состояния в очаге деформации близка к схеме плоского напряженного состояния со сжимающими радиальным и тангенциальным напряжениями. Поэтому формоизменение заготовки при обжиме ограничивается не возможностью ее разрушения, а потерей устойчивости, выражающейся в образовании либо кольцевой складки в цилиндрической недеформируемой части заготовки, либо продольных складок в очаге деформации под действием тангенциальных сжимающих напряжений. Вероятность потери устойчивости возрастает с уменьшением относительной толщины заготовки; по справочным данным потеря устойчивости происходит при S/D ≤ 0,025, где D – средний диаметр трубы, а S – толщина стенки.

    Образованию продольных складок способствует уменьшение коэффициента трения между матрицей и заготовкой. С коэффициентом трения связан и оптимальный угол конусности матрицы, который увеличивается с увеличением коэффициента трения. Так при хорошей смазке и чистой поверхности заготовки угол α принимают равным 20…25º, а при худших условиях на контакте – 12…16º.

    Формоизменение количественно характеризуют коэффициентом обжима: К_об = d/D, где d – диаметр после обжима. Предельный коэффициент обжима зависит не только от относительной толщины и геометрии, как следует из выше сказанного, но и от свойств сплава: для стальных заготовок предельный коэффициент обжима приближенно равен 0,85..0,9; для алюминиевых и латунных – 0,8…0,85.

    Значительного увеличения допустимого коэффициента обжима можно достигнуть, если предусмотреть специальное устройство, ограничивающее возможность образования поперечной складки – наружный или двухсторонний подпор.

    Конические детали с большим перепадом диаметров можно получить, совмещая в одной операции раздачу и обжим (рис.54).

    Рельефная формовка – операция, заключающаяся в образовании местных углублений и выпуклостей за счет растяжения материала и местного уменьшения его толщины. Взаимодействие пуансона и матрицы с листовой заготовкой при формовке (рис. 55а) то же, что при вытяжке со степенью, большей предельной, до момента образования разрыва, так как рельефная формовка не предусматривает перемещения фланца, ее реально осуществлять в ремонтном производстве упрощенным инструментом – матрицей с прорезью нужной конфигурации и резиновой подушкой (рис. 55, б).

    Для деформирования металла в этом случае характерно резкое нарастание утонения стенки при относительно небольшой глубине. Это утонение не зависит от свойств листового металла, а только от относительной глубины полости h/b.

    Максимальное значение h/b зависит от толщины листового металла и его свойств. Например, при одинаковой толщине листа у сплава Д16 наибольшее значение h/b=0,22, а для стали 12Х18Н9Т - h/b=0,34.

    Усилие, необходимое для формовки резиной определяется исходя из площади поверхности резиновой подушки и давления сжатия резины; последнее можно определить по эмпирическим графикам в зависимости от величины h/b и материала.

    Наибольшее распространение рельефная формовка находит для штамповки ребер, предназначенных для увеличения жесткости не только у вновь устанавливаемых деталей, но и у тонкостенных оболочек, подвергаемых правке. При короблении таких деталей, к которым предъявляются высокие требования по плоскостности, правка на плоском штампе результатов не дает, т.к. практически осуществляется в упругой области. В этом случае по периметру детали формовкой делают ребро жесткости, а потом правят в плоском штампе. За счет местного упрочнения ребро жесткости удерживает деталь от коробления и после своего спрямления. 

⇐ Предыдущая78910111213141516

Поделиться: