ФОРМООБРАЗУЮЩИЕ ОПЕРАЦИИ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ

Изменение толщины стенки детали при вытяжке

Практическое значение имеет изменение толщины стенки детали в процессе вытяжке цилиндрических деталей с фланцем и без фланца. Для этого воспользуемся выражением (15) в котором тангенциальная деформация при текущем значении определяется следующим образом:

Максимальной тангенциальной деформации подвергается кромка исходной заготовки диаметром , тогда:

С уменьшением m степень пластического формоизменения и тангенциальная деформация увеличиваются.

Определив тангенциальную деформацию можно определить толщину стенки детали в конце вытяжки. Так, на краю плоской исходной заготовки = 0, и отношение = 0, из выражения (15) следует, что деформацию по толщине можно определить следующим образом:

В логарифмических деформациях, при полном втягивании заготовки в отверстие вытяжной матрицы:

; , откуда

, откуда

, т. е. наибольшее утонение стенки при вытяжке цилиндрических деталей обратно пропорционально коэффициенту вытяжки и наблюдается у дна (перед радиусом сопряжения стенки и донной части).

Толщина донной части вытягиваемой детали с цилиндрической стенкой и плоским дном, как правило, равна толщине плоской исходной заготовки s .

Из анализа напряженного состояния фланца следует, что имеется зона где

Обозначим радиус, где выполняется данное равенство , тогда:

при , имеем и , т.е. на краю фланца до имеет место утолщение;

при , имеем и , т.е. во фланце, от до радиуса скругления вытяжной матрицы , имеет место утонение заготовки;

при , имеем и , т.е. во фланце, при , толщина заготовки во фланце равна толщине исходной плоской заготовки .

Следовательно, фланец вытягиваемой детали, радиус делит на две зоны - зону утолщения и зону утонения.

Приравнивая выражения (6) и (7) получаем выражение для определения :

, или .

ФОРМООБРАЗУЮЩИЕ ОПЕРАЦИИ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ

Вытяжка – широко распространенная операция пластического формообразования в машиностроении. Особенности операции вытяжки.

Вытяжка – одна из широко распространенных операций пластического формообразования (процесс обработки металлов давлением). Она широко используется в машиностроении для изготовления относительно тонкостенных элементов конструкции машин из листовых заготовок или плит, в том числе в автомобилестроении, судостроении, авиастроении, ракетостроении и др. Вытяжкой например, получают кузовные элементы автомобилей и сельхозмашин (крылья, капоты, двери и др.), конструктивные элементы ракет и элементы двигательных установок (днища, обтекатели и др.).

Вытяжка – процесс пластического формообразования плоской или полой заготовки в открытое сверху другое полое изделие.

Номенклатура деталей (см. рис. 1) получаемых с использованием операции вытяжки весьма обширна как по габаритным размерам так и форме (осесимметричные полые детали, детали коробчатой формы и др.).

На рис. 1 показаны осесимметричные детали соответственно: а – деталь с прямолинейной стенкой; б – деталь с прямолинейной стенкой и сферическим дном; в- деталь с прямолинейной стенкой и фланцем; г – деталь с конической стенкой и сферическим дном; д – деталь с конической стенкой; е – деталь со ступенчатой стенкой; ж – деталь с цилиндрической и утоненной стенкой; з – деталь типа сферообразного днища.

Деталь, показанная на рис. 1, и относится к так называемым коробчатым деталям, которые довольно широко используются в машиностроении.

В качестве оборудования для реализации операций вытяжки в большинстве используются пресса различной мощности, как правило - гидравлические пресса одинарного или двойного действия, последние применяются для реализации вытяжки с прижимом заготовки. Иногда применяются вытяжка с использованием эластичных сред и высокоэнергетические методы штамповки (штамповка взрывом, электрогидравлическим разрядом и др.).

Рис. 1 Некоторые детали получаемые вытяжкой

Рис. 2 Получение вытяжкой осесимметричной детали по переходам

Наиболее распространенной оснасткой для осуществления операций вытяжки являются инструментальные штампы различной конструкции.

Заготовками дляосесимметричных деталей, получаемых вытяжкой, являются плоские, как правило, круглые заготовки (рис. 2). Их получают различными способами (вырубка в штампах, фрезерование по контуру и др.) из предварительно раскроенных листов (плит) различной толщины и различных материалов. На рис. 2 приведена технологическая схема процесса вытяжки осесимметричной детали с прямой стенкой по операциям (многооперационная вытяжка).

Для деталей относящихся к коробчатым, плоские заготовки могут иметь различную конфигурацию. Однако заготовками могут быть и полые полуфабрикаты полученные ранее.

Формообразование из плоской листовой заготовки в полую деталь в инструментальном штампе происходит за счет уменьшения диаметра (для осесимметричных деталей) плоской круглой заготовки при втягивании материала в полость вытяжного штампа (матрицы) путем приложения продольного усилия Р, которое создается на пуансоне (см. рис. 3).

Пуансон крепится к ползуну пресса, матрица устанавливается и крепится на рабочем столе пресса. Конструкции вытяжных штампов многообразны, как правило, содержат направляющие элементы, обеспечивающие взаимное расположение пуансона и вытяжной матрицы и др.

Для достижения необходимого диаметра и высоты детали, вытяжку могут производить за одну, две или несколько операций (переходов, см. рис 2).

Предельная степень пластической деформации на одной операции определяется предельными значениями коэффициента вытяжки, значения которого для каждого материала в зависимости от толщины исходной заготовки и номера операции n приводятся в справочной литературе. Так, коэффициент вытяжки для первой операции - , для второй - , для n–ой - . На каждой операции диаметр вытягиваемой детали уменьшается, а высота - увеличивается (т.к. выполняется закон сохранения объема материала).

Между операциями предусматриваются промежуточные термообработки, для снятия упрочнения материала заготовки в процессе вытяжки (рекристализационный отжиг или закалка).

Если зазор больше толщины исходного материала S₀ (берут Z=1.1S₀), то вытяжка осуществляется без утонения материала (без принудительного утонения) и называется вытяжкой без утонения (см. рис. 1, ж).

Естественное наибольшее утонение стенки вытягиваемой детали, (при вытяжке без принудительного утонения, когда зазор между матрицей и пуансоном Z=1.1S₀), происходит в части заготовки, прилегающей к зоне скругления пуансона

(см. рис. 3). В этом месте может произойти отрыв дна. Существенное утонение стенки происходит и за радиусом скругления матрицы, где может произойти отрыв фланцевой части заготовки. Перечисленные виды брака при вытяжке возникают при неправильном выборе количества и последовательности операций вытяжки, а также при неправильном назначении межоперационных термообработок. При вытяжке деталей с плоским дном без принудительного утонения, когда зазор между матрицей и пуансоном Z=1.1S₀, утонение данной части не происходит.

А – очаг пластических деформаций;

В – зона приложения усилия P (стенка).

Рис. 3 Технологическая схема операции вытяжки осесимметричной детали

(1 - вытяжная матрица; 2 - прижим; 3 – пуансон; 4 – плоская круглая заготовка определенного диаметра ( ) для осесимметричной детали; 5 - осесимметричная полая деталь получаемая вытяжкой в штампе;

Р – вытяжное усилие на пуансоне (создаваемое пуансоном);

Q – необходимое усилие прижима (усилие прилагаемое к прижимному кольцу), для предотвращения при необходимости, потери устойчивости (образования гофр);

s - исходная толщина листового материала заготовки диаметра D (для вытяжки без принудительного утонения приблизительно равна толщине стенки получаемой вытяжкой детали; )

D - диаметр исходной плоской заготовки;

d - внутренний диаметр получаемой вытяжкой детали, наружный же диаметр детали приблизительно равен d = d + s (для случая вытяжки без принудительного утонения стенки или вытяжки без утонения стенки, т.к. зазор между матрицей и пуансоном z при этом приблизительно равен толщине заготовки, а точнее z 1, 1s );

d - диаметр фланца получаемой вытяжкой детали (детали с фланцем получают в случаях если он предусмотрен чертежом)

- радиус скругления кромки вытяжного пуансона;

- радиус скругления вытяжной кромки матрицы; - диаметр вытяжного пуансона;

d - диаметр вытяжной матрицы;

d - диаметр вытяжного пуансона.

Одним из видов брака при вытяжке, является потеря устойчивости во фланце (образование гофр). Данное явление наблюдается при вытяжке из относительно тонких заготовок ( - определяет относительную толщину заготовки) и может также привести к разрушению – отрыву фланцевой части.

Для предотвращения потери устойчивости заготовки (появления гофр) при вытяжке из относительно тонких заготовок, используется прижим, величина усилия которого Q.

При вытяжке из относительно толстых заготовок, процесс вытяжки может осуществляться без прижима заготовки и конструкция штампа не предусматривает прижимное кольцо.

Усилие прижим заготовки Q, в процессе вытяжки, создается на гидравлических прессах двойного действия за счет использования второго пуансона. На гидравлических прессах одинарного действия (с одним пуансоном) усилие прижима можно создать регулированием зазора между прижимным кольцом и матрицей. Величина зазора регулируется затяжкой болтов прижимающих прижимное кольцо к матрице.

Причиной образования гофр при вытяжке являются сжимающие тангенциальные напряжения сжатия, которые возникают во фланце (см. рис. 4). Для предотвращения гофр иногда используют перетяжные ребра и пороги.

При вытяжке используется смазка, для уменьшения трения заготовки о поверхности рабочих частей штампа. Смазка наносится на поверхности заготовки контактирующие с матрицей и прижимом. На донную часть смазку не наносят, а иногда торцевая поверхность вытяжного пуансона, контактирующая с плоским дном детали, выполняется шероховатой. Учитывая, что очаг пластических деформаций в основном сосредоточен во фланцевой части заготовки, иногда для интенсификации процесса вытяжки применяют подогрев фланца.

12 3 4 5 6 Следующая ⇒