Расчет вытяжки листового металла

Расчет усилия вытяжки и усилия прижима

Расчет усилия вытяжки

Вытяжка полых круглых деталей из плоской заготовки относится к нестацио­нарным процессам деформирования. Ввиду значительной сложности аналитических формул расчета усилия вытяжки на черт. 209 приведен графический метод расчета усилия для вытяжки с прижимом из плоской заготовки цилиндрических полых деталей без утонения материала.

Черт. 209

Вверху справа в квадрате I показаны значения среднего сопротивления деформирова­ния Sср в кгс/мм 2 различных материалов в зависимости от значения коэффициента вытяжки . Там же показана взаимосвязь величины коэффициента вытяжки m1 с величиной истиной деформации , а также с величиной (Условная деформация ). Кривые среднего сопротивления деформированию Sср алюминия, меди, латуни и стали построены по данным кривых упрочнения.

где Sφ — сопротивление деформированию с учетом упрочнения при соответствующей величине деформации, кгс/мм 2 ;

σт — продел текучести, кгс/мм 2 .

Значения Sφ и σт взяты по опытным данным.

Вверху слева в квадрате II нанесены наклонные прямые с указанием исходной толщины материала s=0,2÷8 мм;

Внизу слева в квадрате III нанесены наклонные прямые с указанием диаметра вытяжки d1= 10÷1000 мм;

Внизу справа в квадрате IV нанесены наклонные прямые с указанием усилия вытяжки Р=0,4 ÷160 тс.

Ниже даны примеры определения усилий 1-ой операции вытяжки по графику (черт. 209).

Пример 1. Дано: Dз=29 мм; d1= 16 мм; s=1 мм. Материал: стальная лента с содержанием 0,06% С..

Коэффициент вытяжки (исходная точка А) на черт. 209.

Проводим вертикильную линию пунктиром от точки А до пересечения в точке В с кривой упрочнения стали 0,06% С. Проводим горизонтальную линию до пересе­чения с наклонной прямой, соответствующей толщине 1 мм (точки С). Проводим верти­кальную линию до пересечения с наклонной прямой, соответствующей диаметру вытяжки d1= 16 мм (точка Е). Проводим вправо горизонтальную линию от точки Е до пересечения с вертикальной линией, проведенной через исходную точку А.

Получаем точку пересечения F, соответствующую усилию вытяжки Р’1 = 1,5 тс.

Пример 2. Дано: Dз=135 мм; d1= 100 мм; s=2 мм. Материал: медь.

Коэффициент вытяжки (исходная точка А1). Отмеченные на черт. 209 отрезки линий А1В1С1Е1F1 определяют ход решения. Ответ: Р»1 ≈ 4 тс.

Усилие 2-й и последующих операций вытяжки Р2 в тс без утонения круглых деталей определяется по формуле

где φп= (1,05÷1,1) — для вытяжки после предварительного отжига;

φп=(2 — m1m2) — для вытяжки без предварительного отжига;

σв — временное сопротивление, кгс/мм 2 ;

m2 — коэффициент вытяжки рассматриваемой операции;

К=1,4÷1,6 — для вытяжки с прижимом;

К=1,2÷1,3 — для вытяжки без прижима;

F — площадь поперечного сечения 2-й вытяжки, мм 2 .

Для 3-й и последующих операций вытяжки без отжига

Ниже даны примеры определения усилий 2-й н 3-й операций вытяжки по формуле (135).

Пример 1. Дано. d =100 мм; d2=65 мм;s = 2 мм. Материал: медь σв=20 кгс/мм 2 .

Вытяжка производится с применением прижима.

Пример 2. Дано: d3=45 мм; Остальные данные — см. пример 1 выше.

Усилие 2-й и последующих операций обратной вытяжки на 15—20% выше по сравнению с прямой вытяжкой при применении одинаковых коэффициентов вытяжки.

Усилие вытяжки прямоугольных полых деталей Р в тс определяется по формуле

где РГ —усилие гибки прямых участков детали, определяемое согласно пункту;

РГ.у —усилие вытяжки угловых участков, определяемое по черт. 209 и формуле (135);

Q—усилие прижима, определяемое по формуле (138).

Усилие при вытяжке с утонением Р в кгс определяется по формуле

где n — порядковый номер операции вытяжки;

dВ — внутренний диаметр, мм;

sn — толщина стенки, мм;

mn — коэффициент вытяжки;

σв — временное сопротивление кгс/мм 2 ;

λn — коэффициент, учитывающий упрочнение металла и потери на трение, значения которого принимают равными: 5 —для вытяжки через одну матрицу, 6,5 — для двукратной вытяжки за один рабочий ход ползуна.

Расчет усилия прижима

Усилие прижима Q в кгс определяется по формуле

где F—площадь части заготовки, находящейся под действием давления прижима, опреде­ляемая по формулам (140) и (141), мм 2 .

q — удельное давление прижима. кгс/мм 2 (табл. 110).

Таблица 110

Удельное давление прижима q , кгс/мм 2

Сталь мягкая s ≤0,5 мм

Сталь мягкая s >0,5 мм

Стали высоколегированные, коррозионностойкие

Определение усилий вытяжки

Расчётное усилие вытяжки зависит от механических свойств деформируемого металла и его толщины, размеров изделия, коэффициента вытяжки и коэффициента трения между заготовкой и материалом штампа. Для практических расчетов при определении усилия вытяжки пользуются эмпирической формулой

Pв . dп . S . σв . k, (8)

где k – коэффициент, учитывающий дополнительное усилие, необходимое для проталкивания деформируемой заготовки через матрицу (k = 1,25); σв – предел прочности деформируемого металла на растяжение, МПа. Для низкоуглеродистой стали σв 400 МПа.

Для предотвращения образования складок на цилиндрических стенках изделия в вытяжном штампе применяют прижимное кольцо, или складкодержатель (см. рис. 9), прижимающий часть заготовки к матрице штампа с усилием Q, величина которого должна быть достаточной, чтобы фланец заготовки не имел возможности образовывать складок.

Полное расчётное усилие вытяжки Pп будет равно сумме

где усилие прижима Q рассчитывается по формуле

Q = F . q, (10)

где F – площадь заготовки, находящейся под прижимом в начальный момент вытяжки; q – удельное усилие воздействия прижима на деформируемую заготовку.

Площадь заготовки F, находящейся под прижимом, определяется по формуле

(11)

Удельное усилие прижима q в зависимости от деформируемого металла принимается по данным табл. 6.

Удельное усилие прижима q, Мпа Таблица 6

Материал q
Сталь мягкая для глубокой вытяжки: при S˃0,5 мм при 0,5 мм 2,5…3,0 2,0…2,5
Медь 1,2…1,5
Латунь 1,5…2,0
Дюралюминий Д16АТ 1,4…1,8

Операция вытяжки детали проводится на лабораторном гидравлическом прессе. Действительное усилие вытяжки Pд определяется в ньютонах по формуле

, (12)

где Dпл – диаметр плунжера гидравлического пресса, см

(Dпл = 8 см); N – показание манометра гидравлического пресса в момент вытяжки, атм.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ

РАБОТЫ

1. При проведении лабораторной работы студенты и обслуживаю­щий персонал должны выполнять все пункты «Инструкции по технике безопасности», действующие на участке прессования лаборатории ТКМ.

2. Прослушав инструктаж по технике безопасности, студент обязан расписаться в регистрационном журнале. Без инструктажа по технике безопасности запрещается допускать студентов к выполнению лабораторной работы.

3. Практическую часть работы по штамповке детали типа ‘колпа­чок» выполняет лаборант или учебный мастер в соответствии с инст­рукцией по обслуживанию прессового оборудования в лаборатории ТКМ.

4. Студенты наблюдают визуально за последовательностью выпол­ненных операций учебным мастером.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

В отчете по лабораторной работе должны быть следующие разделы:

В первом разделе дается краткое описание холодной штамповки, основных операций листовой штамповки.

Во втором разделе приводится схема получения детали «колпа­чок», дается описание штампа, расчет элементов штампа и усилий при штамповке, эскиз детали с размерами, а также приводится срав­нительный анализ конструкторских размеров и фактически полученных после штамповки.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Дать определение понятиям «деформация, упругая деформация, пластическая деформация».

2. Перечислите основные способы обработки металлов давлением.

3. Как изменяются структура и свойства металла после дефор­мации в холодном состоянии?

4. Холодная листовая штамповка и области её применения.

5. Технологические операции холодной листовой штамповки.

6. Назвать элементы штампа, предназначенного для изготовле­ния детали «колпачок».

7. Порядок расчета параметров холодной листовой штамповки.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов / А.М. Дальский, Т.М. Барсукова, Л.Н. Бухаркин и др.; Под общей редакцией А.М. Дальского – 5-е изд., исправленное — М.: Машиностроение, 2004. -512 с.: ил.

2. Технология конструкционных материалов / А.Г. Схиртладзе [и др.] – Старый Оскол: ООО «ТНТ», 2006. – 360 с.

3. Афанасьев, А.А. Технология конструкционных материалов: учеб. для вузов. — Старый Оскол: ТНТ, 2016. — 655 с.

Технология конструкционных материалов. Изготовление заготовок холодной листовой штамповкой. Методические указания к выполнению лабораторной работы № 3 для студентов очной и заочной формы обучения по всем направлениям подготовки

АНДРЕЙ ЯКОВЛЕВИЧ ШАТОВ

СЕРГЕЙ ВАСИЛЬЕВИЧ ДАВЫДОВ

ЕЛЕНА ВЛАДИМИРОВНА КОВАЛЕВА

Научный редактор Е.А. Памфилов

Компьютерный набор М.Е. Амвросимова

Иллюстрации Е.В. Ковалева

Подписано в печать Формат 60×84 1/16. Бумага офсетная. Офсетная печать. Усл. печ. л.1,04. Уч.- изд. л.1,04. Тираж 40 экз. Бесплатно.

Брянский государственный технический университет

241035, Брянск, бульвар 50-лет Октября, 7, БГТУ

Кафедра «Триботехническое материаловедение и технологии материлов»

Процесс вытяжки листового материала

Характеристика вытяжных операций

Вытяжка — это процесс превращения плоской или полой заготовки в открытое сверху полое изделие, осуществляемый при помощи вытяжных штампов. Исходя из формы и технологических особенностей листовой штамповки, полые детали, получаемые вытяжкой, можно разделить на несколько основных групп:

1) детали, имеющие форму тела вращения;

2) детали коробчатой формы;

3) детали сложной формы.

Рис. 1. Полые детали различной формы (а-л), получаемые вытяжкой

Читайте также  Сухая сварка для алюминия

Детали, имеющие форму тела вращения, могут быть с фланцем или без фланца, с плоским или с фасонным дном (рис. 1, а-д).

Детали коробчатой формы могут иметь квадратные, прямоугольные, криволинейные боковые стенки с фланцем или без фланца; дно у них может быть плоское или фасонное (рис. 1, е-з).

Детали сложной формы могут быть полусимметричные, имеющие только одну плоскость симметрии (корпус и крыша кабины автомобиля, рис. 1, и), и несимметричные (крыло автомобиля, рис. 1, к).

В зависимости от формы детали заготовка подвергается либо вытяжке в чистом виде, либо вытяжке в сочетании с формовкой, гибкой и обжимом или с отбортовкой.

Вытяжку производят на кривошипных прессах двойного и тройного действий, кулисных прессах двойного действия с подвижным нижним столом, кривошипных прессах простого действия (одноходовых) с пневматическим или гидропневматическим устройством (подушкой), а также на гидропрессах простого и двойного действий.

Рис. 2. Схема процесса вытяжки: d1 — диаметр полой заго-товки после

первой операции; d2 — диаметр полой заготовки после второй операции

Особую группу составляют операции обтяжки — получение полых деталей криволинейной формы путем растяжения материала и обтягивания его вокруг специального обтяжного шаблона- болвана (рис. 1, л). Обтяжка производится на специальных обтяжных гидропрессах.

По характеру и степени деформации различают: 1) вытяжку без утонения стенок; 2) вытяжку с утонением стенок (протяжку) и 3) комбинированную вытяжку.

В первом случае вытяжка происходит без заранее обусловленного изменения толщины материала стенки изделия, но при значительном уменьшении диаметра заготовки; во втором — вытяжка осуществляется за счет заранее предусмотренного уменьшения толщины стенки вытягиваемого полуфабриката при незначительном уменьшении его диаметра. Комбинированная вытяжка характеризуется одновременным значительным уменьшением диаметра и толщины стенки вытягиваемого полуфабриката.

В зависимости от относительной толщины заготовки или полуфабриката вытяжку производят с применением или без применения прижима. Так как при вытяжке происходит втягивание материала заготовки 3 пуансоном 2 с закруглением rп большего диаметра D в матрицу 1 с закруглением rм, имеющую меньший диаметр d (рис. 2, а), то естественно, что по краю вытянутого колпака образуются складки (гофры) за счет наличия избыточного материала или так называемых характеристичных треугольников b, b1, b2, . bn (рис. 2, б), ибо для образования полого колпака диаметром d и высотой h достаточно было бы иметь заготовку диаметром D’ без заштрихованных участков. Наличие избыточных треугольников приводит к необходимости вытеснения и перемещения металла при вытяжке вверх. На рис. 2, в показана вытяжка на второй операции из полой заготовки 4.

Рис. 3. Вытяжка с прижимом материала

Образование складок вызывается напряженно-деформированным состоянием металла, приводящим при определенных геометрических соотношениях к потере устойчивости заготовки (рис. 2, а).

Для предотвращения образования складок применяют прижимное кольцо или складкодержатель 3, который прижимает фланец заготовки к матрице 1 таким образом, что материал не имеет возможности образовать складки, а вынужден перемещаться под давлением пуансона 2 в радиальном направлении. Прижим материала применяется как для первой операции вытяжки, т. е. при вытяжке детали из плоской заготовки (рис. 3, а), так и при последующих операциях вытяжки из полой заготовки (рис. 3, б).

Вытяжка без прижима применяется при изготовлении неглубоких сосудов или изделий из толстых материалов, когда складки почти не образуются или выглаживаются при прохождении через вытяжную матрицу.

Напряженно-деформированное состояние металла при вытяжке полых тел

При вытяжке плоская заготовка диаметром D (рис. 4), перемещаясь во время вытяжки, изменяет свои размеры и занимает ряд промежуточных положений. При этом материал деформированной заготовки в различных ее частях находится в разных условиях. В случае вытяжки с прижимом без утонения материала и с зазором, большим толщины заготовки (для случая осесимметричного деформирования в полярной системе координат), можно принять следующую схему напряженно-деформированного состояния (рис. 4).

Рис. 4. Схема напряженно-деформированного состояния отдельных

участков заготовки при вытяжке (σ — напряжения, ε — деформации)

1. Дно частично образованного полого цилиндра — колпака (элемент а) находится в плоско-напряженном и объемно-деформированном состоянии. Так как деформация металла — двустороннее равномерное растяжение в плоскости дна и осевое сжатие составляют на первой операции всего 1-3%, то практически ими можно пренебречь. При многооперационном процессе вытяжки уже после второй-третьей операции толщина дна заметно уменьшается, так как металл со дна постепенно поступает в зону максимального утонения (у донного закругления); интенсивность утонения Дна особенно проявляется у латуни, имеющей небольшую сосредоточенную деформацию сужения (по сравнению со сталью).

2. Цилиндрическую часть полого тела, находящуюся в зазоре между матрицей и пуансоном (элемент b), можно считать находящейся в линейно-напряженном и объемно-деформированном состоянии. Непосредственно у донного закругления изделия (элемент с) в металле возникают напряжения ввиде двухосного растяжения и одноосного сжатия, приводящие к значительному растяжению и утонению стенок в этом месте. Вследствие этого поперечное сечение тела здесь является наименее прочным и наиболее опасным с точки зрения отрыва дна от стенок изделия. Это опасное сечение и ограничивает возможность максимального использования пластических свойств штампуемого металла.

3. Часть, находящаяся на закруглении рабочих кромок матрицы (элемент d), испытывает сложную деформацию, вызванную одновременным изгибом и распрямлением заготовки, наибольшим традиальным (меридиональным) растяжением и незначительным тангенциальным (окружным) сжатием.

4. Часть заготовки, находящаяся под прижимным кольцом (элемент ё), находится в объемно-напряженном и объемно-деформированном состоянии. Однако при достаточно сильном прижиме можно считать εпz) = 0. В плоскостях фланца заготовки возникают радиальные (меридиональные) растягивающие σр и тангенциальные (окружные) сжимающие σθ напряжения, а в перпендикулярном к ней направлении — осевые сжимающие напряжения σnz), причем ввиду небольшой величины σn на практике им часто пренебрегают (при образовании явного клинового сечения во фланце σn = 0).

Рис. 5. Кривая изменения толщины стенки в различных частях колпака при вытяжке

Меридиональные растягивающие напряжения σp, вызываемые давлением пуансона у края заготовки, равны нулю; по мере удаления от края заготовки к центру матрицы они возрастают, достигая наибольшей величины на входной кромке матрицы. Тангенциальные сжимающие напряжения σθ, наоборот, у наружного края имеют наибольшую величину, а по мере удаления от края заготовки значения их уменьшаются. В тот момент, когда край заготовки переместится на величину, составляющую 39% от радиуса заготовки (0,39 R), σθ становится равным σp. Под действием напряжений тангенциального сжатия ст фланец заготовки утолщается (образуя иногда как бы клиновое сечение) и упрочняется; при недостаточном прижиме и тонком материале [(s/D) 100 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Операция вытяжка

Вытяжка представляет собой процесс превращения плоской заготовки в полую деталь любой формы и производится на вытяжных штампах.

Рисунок 5 — Последовательность процесса глубокой вытяжки

с прижимом заготовки

На рис.5 выделены две стадии процесса вытяжки, где 1-начальная стадия вытяжки, состоящая из локальной пластической деформации; 2- конечная стадия вытяжки, заключающаяся в пластической деформации фланца и втягивании его в матрицу.

Вытяжкой изготавливается большое количество полых деталей самой разнообразной формы, отличающихся друг от друга как очертанием в плане, так и формой боковых стенок.

По геометрической форме все полые детали могут быть разделены на три группы:

1) осесимметричной формы (тела вращения);

2) коробчатой формы;

3)сложной несимметричной формы.

Каждая из групп подразделяется на несколько разновидностей. Например, тела вращения по форме образующей могут быть цилиндрическими, коническими, криволинейными, ступенчатыми, выпукло-вогнутыми. Построение технологического процесса и технологические расчёты для них различны.

В технологическом отношении способы вытяжки необходимо различать главным образом по виду напряжённого состояния деформируемой части заготовки. Геометрическая форма детали является в этом отношении вторичным признаком.

Следует различать три основных способа вытяжки.

1. Вытяжка полых деталей путём превращения плоского фланца в цилиндрическую или коробчатую форму, при создании во фланце плоского напряжённого состояния по схеме сжатие-растяжение. Сюда относится вытяжка цилиндрических, овальных, коробчатых и других деталей с вертикальными или слегка наклонными стенками.

2. Вытяжка сферических, криволинейных и сложной формы деталей в штампах с вытяжными( тормозными ) рёбрами. В этом случае под прижимом преобладают растягивающие напряжения и деформации, а в остальной деформируемой части заготовки возникает напряжённое состояние двустороннего растяжения.

3. Вытяжка эластичной матрицей и фрикционная вытяжка, создающие заталкивание заготовки, в результате чего снижаются растягивающие напряжения в очаге деформации и облегчается процесс вытяжки.

Материалом для заготовки холодной штамповки является тонкий холоднокатаный лист или полоса. Основным правилом для определения размеров заготовок при вытяжке является равенство объёмов заготовки и готовой детали, т.к. в процессе пластической деформации объём металла остаётся постоянным.

На практике встречаются следующие случаи вытяжки деталей различной конфигурации, требующие разных способов подсчёта размеров заготовки:

1) вытяжка круглых деталей;

2) вытяжка круглых деталей сложной формы;

3) вытяжка прямоугольных коробчатых деталей;

4) вытяжка деталей сложной и несимметричной конфигурации;

5) вытяжка с утонением материала.

Можно вычислить размеры вытягиваемой заготовки путём поэтапного вычисления отдельного элементарного участка, но этот способ может нести в себе достаточную погрешность для дальнейших вычислений процесса. Процесс реальной вытяжки сопровождается рядом погрешностей, не учитываемых расчётными геометрическими формулами, как то: неравномерность толщины проката, анизотропия механических свойств, неравномерность зазора и слоя смазки, неравномерность прижима заготовки, погрешности фиксации заготовки в штампе и др. В результате этого, в подавляющем большинстве случаев вытянутая деталь получается с неровным или перекошенным краем, требующим последующей обрезки.

Читайте также  Соединение в шип фрезером

Анизотропия механических свойств является результатом особенностей металлургического производства листового проката, зависит от способа (полистный или рулонный) и режимов прокатки, а также от неоднородности термической обработки листового металла.

Наибольшее проявление анизотропии обнаруживается при примитивном способе вытяжки без прижима небольших колпачков из относительно толстого металла в виде фестонов, возникающих по краям колпачков. Фестоны свидетельствуют о преобладании основной деформации, в данном случае — тангенсального сжатия, и незначительной деформацией осевого удлинения.

Предложен ряд способов борьбы с фестонообразованием: метод геометрической корректировки заготовки и метод технологического выравнивания анизотропии в процессе вытяжки.

Способ раскроя и все необходимые расчёты проводят по известному методу. Размер заготовки и площади вытягиваемого изделия определяется по формулам представленным в таблицах 4 и 5 соответственно.

Таблица 4 — Формулы для определения диаметра заготовки при операции вытяжка

Таблица 5 — Площади поверхности простых геометрических форм

Формулы представленные в таблицах 4 и 5 могут быть применены только для вытяжки без утонения стенок.

После определения размеров заготовки переходят к следующему этапу расчётов и составляют технологический процесс для данной детали. Главным образом следует определить, каким количеством переходов можно получить данное изделие, ведь в зависимости от сложности геометрии детали её можно получить в один переход, а можно в несколько переходов. Количество переходов определяется по формуле

, (14)

где n- количество переходов,

Квн— коэффициент вытяжки( цифра указывает на номер перехода).

, (15)

где — это диаметр заготовки, мм,

— это диаметр детали, мм.

Необходимость прижима определяется по формуле в виде неравенства

(16)

Конструкция штампа практически во всех операциях одинаковая, разница состоит в наличии прижима, конфигурации пуансона и матрицы. Прижим необходим для «толстых» заготовок для того, чтобы она в процессе деформации не выскальзывала из штампа.

Если деталь имеет толщину до 0,8 мм, то прижим не обязателен, если более 0,8 мм, то прижим необходим.

Далее производят расчёт энерго- силовых параметров процесса. При расчёте полного усилия операции вытяжки учитывают усилие прижима.

Усилие вытяжки изменяется на протяжении рабочего хода пуансона, достигая максимума при глубине h=(0,4-0,6)H, где H- полная глубина вытяжки.

Расчёт усилий ведётся по формулам приведённым в таблице 6.

Таблица 6 — Практические формулы для определения усилий вытяжки

Типы вытягиваемых изделий Операции вытяжки Формулы
Цилиндрические без фланца Первая Вторая и последующие Р=πd1Вk1 Р=πd2Вk2
Цилиндрические с широким фланцем Первая Р=πd1Вkф
Конические и сферические с фланцем Первая Р=πdкВkф
Овальные коробки Первая Вторая и последующие Р=πdср1Вk1 Р=πdср2Вk2
Низкие прямоугольные коробки( вытяжка в одну операцию) Р=(2А+2В-1,72r) SσВkн
Высокие квадратные коробки (многооперационная вытяжка) Первая и вторая Последняя Как для цилиндрических изделий Р=( 4В-1,72r) SσВkВ
Высокие прямоугольные коробки (многооперационная вытяжка) Первая и вторая Последняя Как для овальных коробок Р=(2А+2В-1,72r) SσВkВ
Вытяжка с утонением стенок( цилиндрические детали) Вторая и последующие Р=πdп(Sn-1-SnВkу

Примечание к таблице: Р- усилие вытяжки, кгс; d1и d2— диаметры цилиндрической детали на первой и второй операциях, считая по средней линии, мм; dк— меньший диаметр конической детали и 0,5 диаметра сферической детали, мм; dср1 и dср2 – средний диаметр овальных деталей после первой и второй вытяжки, мм; dп— наружный диаметр детали после n-ой операции вытяжки, мм; А и В – длина и ширина прямоугольной коробки, мм; r- радиус углового закругления коробки, мм; S- толщина материала, мм; Sn-1 и Sn – толщина стенки после n-1 и n-ой операций вытяжки, мм; k1, kф, k2, kн, kв – коэффициенты.

k1 изменяется в пределах 0,5-1,0; k2 – от 0,3 до 1,0; kф 0,3-1,0; kн 0,4-1,2; kв 0,4-1,0.

Усилие прижима для вытяжки деталей любой формы

, (17)

где Q- усилие прижима, кгс;

F- площадь прижима, мм 2 ;

q- давление на прижиме, кгс/ мм 2 .

(18)

Если прижима нет, то полное усилие процесса равно усилию вытяжки Р=Рвыт, если прижим присутствует, то полное усилие процесса будет равно сумме усилия вытяжки и усилия прижима

К энерго – силовым параметрам операции вытяжки относится также работу, которая определяется по формуле

, (20)

где А – работа, кгс*м.

С- коэффициент, изменяется в пределах от 0,6 до 0,8,

Рмах— максимальная работа процесса,

h- глубина вытяжки, мм.

Найденную работу вытяжки сравнивают с работой, которую может произвести пресс за один рабочий ход, последняя слагается из полезной энергии маховика и небольшой части энергии, отдаваемой электродвигателем.

Методические указания предназначены для практического освоения принципов определения параметров холодной листовой штамповки в рамках изучаемого курса, формирования знаний, умений и навыков обучаемого. Врезультате выполнения работы студент должен

Главная > Методические указания

Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

Методические указания предназначены для практического освоения принципов определения параметров холодной листовой штамповки в рамках изучаемого курса, формирования знаний, умений и навыков обучаемого.

В результате выполнения работы студент должен:

– знать технико-технические особенности определения параметров холодной листовой штамповки;

– уметь практически рассчитывать параметры холодной листовой штамповки;

– владеть навыками анализа и обоснования материала, проведения необходимых экспериментов, установления зависимости между параметрами, работать самостоятельно и в коллективе.

Цель работы – приобретение знаний, умений и навыков определения параметров холодной листовой штамповки.

1. Ознакомиться с основными операциями холодной листовой штамповки, приобрести навыки технологических расчетов.

2. По заданному чертежу детали и прочностным характеристикам ее материала определить исходные размеры заготовки и необходимые усилия операций вырубки и вытяжки.

Оборудование и материалы

2. Комплект заготовок по переходам и операциям технологического процесса изготовления корпуса свечи зажигания методом листовой штамповки.

Общие теоретические положения

Листовая штамповка – процесс получения из листа полосы, ленты изделия плоской или пространственной формы с заданными геометрическими и структурными параметрами без существенного изменения толщины материала.

Заготовка обрабатывается с помощью специальных инструментов –штампов, главные рабочие части которых называются матрицей и пуансоном. Пуансон вдавливает заготовку или ее часть в полость матрицы. Основным оборудованием листовой штамповки являются прессы (кривошипные, гидравлические) и молоты (воздушные).

Для листовой штамповки используют материалы, имеющие высокую пластичность: низкоуглеродистые стали (Ст2; Ст3; 08кп; 10; 20), пластичные легированные стали (например 12X18H9T), медь (Ml; M2), латунь с высоким содержанием меди (Л62, Л68), алюминий и его деформируемые сплавы и др. В связи с тем, что в основе обработки лежит процесс пластической деформации, листовая штамповка в холодном состоянии сопровождается упрочнением (наклепом) материала. В сравнении с исходным значением увеличение прочности (s в ) может быть значительным – в 2-3 раза. Поэтому обработка предварительно деформированной заготовки требует приложения больших усилий, либо промежуточной термообработки.

Операции листовой штамповки делятся на разделительные и формообразующие.

Основные разделительные операции (рис. 1):

а – отрезка – полное отделение части заготовки по незамкнутому контуру путем сдвига (часто производится на гильотинных ножницах);

б , в – вырубка и пробивка – полное отделение изделия от исходной заготовки по замкнутому контуру путем сдвига. Вырубкой оформляют наружный контур детали, а пробивкой – внутренний контур (изготовление отверстий).

Рис. 1. Разделительные операции листовой штамповки:

а – отрезка; б – вырубка; в – пробивка; 1 – пуансон; 2 – изделие или полуфабрикат; 3 – матрица; 4 – отходы

Основные формообразующие операции (рис. 2):

а – гибка – изменение кривизны заготовки практически без изменения ее толщины;

б , в – вытяжка – превращение плоской заготовки в полое пространственное изделие. Выделяют вытяжку без утонения стенок и вытяжку с утонением стенок;

Рис. 2. Формообразующие операции листовой штамповки:

а – гибка; б – вытяжка; в – вытяжка с утонением (протяжка); г – отбортовка; д – обжим; е – формовка с раздачей; 1 – пуансон;
2 – изделие или полуфабрикат; 3 – матрица; 4 – прижим; 5 – резиновый вкладыш

г – отбортовка – получение бортов (горловин) путем вдавливания центральной части заготовки с предварительно пробитым отверстием в матрицу;

д – обжим – уменьшение диаметра края полой заготовки в результате заталкивания ее в сужающуюся полость матрицы;

е – формовка – изменение формы заготовки или полуфабриката посредством деформирования ее отдельных участков – например увеличение размеров части полой заготовки с помощью резинового вкладыша.

Читайте также  Фрезеровка листового металла

Наиболее важное технологическое значение имеет вытяжка детали типа цилиндрической гильзы (стакана). Она производится за один или несколько переходов. Первый переход заключается в проталкивании листовой плоской заготовки через отверстие матрицы. Последующие переходы аналогичны процессу волочения труб – протягиванию изделия через волоку, размеры сечения которой меньше сечения исходной заготовки.

Проектирование технологического процесса вытяжки решает следующие основные задачи:

– расчет исходного размера плоской заготовки;

– определение усилия, необходимого для вырубки исходной заготовки из листа;

– определение усилия вытяжки на первом и последующих переходах.

1. Выбрать материал гильзы и числовые значения ее геометрических параметров по табл. 1 по вариантам (8), прочностные характеристики – по табл. 2 и 4.

2. Определить диаметр плоской листовой заготовки D , усилие вырубки заготовки из листа P ВЫР и усилие первой операции вытяжки Р гильзы, изображенной на рис. 3.

3. Исходные данные и рассчитанные параметры холодной листовой штамповки оформить в виде таблиц (табл. 1, 5)

Вытяжка деталей тел вращения

Министерство образования Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

ВЫТЯЖКА ДЕТАЛЕЙ ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ

к выполнению практических занятий

по дисциплине « Технология холодной штамповки и прессования»

для студентов специальности 120100 – технология машиностроения дневной и вечерней форм обучения со специализацией по холодной штамповке и прессованию

Цель работы – изучение технологических особенностей операций холодной вытяжки деталей типа тел вращения и расчет их основных технологических параметров.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Вытяжкой называется технологический процесс образования полой детали или заготовки из плоской исходной заготовки ( Гост 18970 – 84). Вытяжкой можно изготавливать детали из листового материала толщиной от 0,02 мм до 30 мм и длиной от десятых долей мм до нескольких метров.. Различают вытяжку без утонения стенок и с утонением, прямую и обратную. Правильное определение размеров и формы плоской заготовки для вытяжки полых деталей позволяет наиболее полно использовать вытяжки и уменьшить размеры используемого листового материала. При вытяжке часто встречаются детали, представляющие тела вращения. Расчет формы и размеров плоской заготовки для них требует особого способа расчета.

Заготовка для деталей этого типа представляют собой круг. Размер диаметра плоской заготовки для этой группы деталей исходя из равенства площади поверхности, обьема или веса заготовки и вытягиваемой детали. Расчет по равенству площади поверхности применяется при вытяжке для деталей со стенками одинаковой толщины, т е без принудительного утонения стенок. При этом диаметр заготовки рассчитывается по формуле

D = Ö 4 å M / p (1)

å M — сумма элементарных поверхностей, составляющих вытягиваемую деталь.

Расчет площадей элементарных поверхностей производится по формулам, приведенным в приложении 1.

Если вытягиваемая деталь имеет сложную форму, то для ее расчета используется правило Гюльдена, по которому поверхность тела вращения, описываемого плоской кривой при вращении около ее оси, лежащей в плоскости этой кривой и не пересекающей ее, равна произведению длины кривой на длину окружности, описываемой при этом центром тяжести кривой

L — длина образующей вытягиваемой детали;

X — расстояние от оси детали до центра тяжести образующей.

Диаметр заготовки определяется по формуле

Порядок расчета диаметра плоской заготовки на основе приведенного правила Гюльдена следующий:

1. Вычерчивается в масштабе 2:1, 5:1 или 10:1 расчетная линия контура вытягиваемой детали и ее разбивка на отдельные элементарные участки – отрезки прямых линий или части окружности ( рис 1)

.Рис 1 Расчетный контур детали

2. Определяется длина элементарных участков и положение центра их тяжести. Для отрезков прямой центр тяжести находится посредине. Для отрезков, являющихся частью окружности, положение центра тяжести приведено в таблице 1

3.Умножается длина каждого элементарного участка на расстояние его центра тяжести от оси вращения – радиус центра тяжести. Радиус центра тяжести дуги выпуклых закруглений определяется выражением х = В+А, а для вогнутых закруглений х = В — А, где В – расстояние от оси детали до центра закругления.

4.Определяется произведение li xi для каждого участка и заносится в расчетную таблицу, подсчитывается их сумма

LX = l1x1 + l2x2 + ………… lnxn (4)

5.Определяется диаметр исходной заготовки по формуле ( 3)

Расчет числа операций вытяжки при превращении плоской заготовки в пространственную деталь – одна из наиболее ответственных задач, решаемых при разработке технологического процесса вытяжки. От правильности решения этой задачи зависит трудоемкость изготовления детали. Рассмотрим несколько типовых случаев.

1 ВЫТЯЖКА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ БЕЗ ФЛАНЦА

Общий коэффициент вытяжки определяется выражением

d — наружный диаметр вытягиваемой детали;

D — диаметр плоской заготовки.

При вытяжке деталей за несколько операций необходимо установить коэффициент вытяжки для каждой отдельной операции, исходя из того, что произведение коэффициентов вытяжки на всех операциях должно быть равно итоговому ( общему) коэффициенту вытяжки

mo = m1 m2 …….mn ( 6)

Где m1 = d1/D – коэффициент вытяжки первой операции

m2 = d2/d1 — коэффициент вытяжки второй операции, d2 — диаметр полуфабриката после второй операции вытяжки.

Рекомендуемые значения коэффициентов вытяжки на первой и последующих операциях приведены в приложении 2.

Высота полуфабриката для первой вытяжки определяется из выражения

H1 = 0d ) = 0d1 + 0.32 r

r1- радиус сопряжения дна и стенки.

У полуфабриката после 1-ой вытяжки значение радиуса сопряжения стенок и дна принимается равным

rm — радиус закругления кромки матрицы.

На последующих операциях вытяжки значение радиуса постепенно уменьшается до указанных на чертеже, но не более ri = 0,25 диаметра пуансона. Промежуточные значения радиуса можно принять из выражения

Для любой промежуточной вытяжки высота полуфабриката определяется выражением

Hi = 0—— — d i ) + 0di +0.32 ri) (10)

2. ВЫТЯЖКА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ С ФЛАНЦАМИ

При малом размере фланца ( Dфл / d = 1,1 –1,2 ) число вытяжных операций и размеры вытяжки полуфабрикатов рассчитываются аналогично вытяжке цилиндрических деталей без фланца. Для деталей с широкими фланцами максимально допустимое отношение для первой вытяжки приведено в таблице приложения 3. Детали, у которых отношение больше приведенных в указанной таблице вытягиваются за несколько операций. Число операций вытяжки для этого случая приведено в таблице 4 приложения 3. При этом коэффициент вытяжки на первой операции необходимо брать по таблице 5 приложения 3, а для второй и последующих операций – по таблице 6 данного приложения.

Высота вытяжки после первой операции рассчитывается по формуле

Высота hi для любой из последующих вытяжек находится из выражения

Величина радиусов ri определяется по аналогичным формулам (8) и ( 9)

3. ВЫТЯЖКА СТУПЕНЧАТЫХ ПОЛЫХ ДЕТАЛЕЙ

Примеры ступенчатых деталей типа тел вращения приведены на рис 3

Рис 3 Ступенчатые полые детали

Возможность вытяжки за одну операцию устанавливается путем сопоставления значений коэффициента вытяжки для первой операции простой цилиндрической детали без фланца и условного коэффициента вытяжки, вычисляемого по формуле

k1d1/D1 + k2d2/D2+ ……. + kndn/D

D — диаметр плоской заготовки;

d1,d2,dn — диаметры ступеней вытягиваемой детали;

k1,k2,k3 — коэффициенты пропорциональности, выражающие отношение высот соответствующих ступеней

k1=h1/h2 k2 = h2/h3 kn-1 = hn-1/ hn kn = 1

Если вытянуть деталь за одну операцию нельзя, то общее число вытяжных операций определяется исходя из отношения наименьшего диаметра вытягиваемой ступенчатой детали к начальному диаметру заготовки.

Размеры и форму промежуточных вытяжек определяется с учетом следующих факторов

1.Вначале вытягиваются ступени больших диаметров, а затем меньших, постепенно увеличивая их высоту.

2. Независимо от формы вытягиваемой детали обьем вытягиваемого металла на всех операциях должен быть равен обьму металла окончательно оформленной детали.

3. Если штампуемая деталь имеет допуски по 7-8 квалитету. То кроме вытяжки необходима еще дополнительная операция калибровки соответствующих поверхностей на специальных калибрующих штампах.

4. ВЫТЯЖКА КОНИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ

К этой группе деталей относятся конические детали с малой высотой. Существует 2 способа вытяжки деталей подобного типа:

— способ последовательных цилиндров;

— способ параллельных конусов.

В первом случае вытягивается цилиндрический колпачок, диаметр которого примерно соответствует диаметру основания конуса детали, а затем уже за несколько операций вытягивают ступенчатый колпачок, профиль которого вписан в контур готовой детали. И, наконец, в калибрующем штампе разглаживаются ступени, т. е придается детали окончательная форма. Недостаток способа – толщина стенки по высоте детали неодинакова, деталь имеет разностенность и искривленность образующей.

При втором способе промежуточные вытяжки имеют форму конуса и цилиндра, причем на каждой последующей операции поверхность конуса увеличивается за счет сокращения поверхности цилиндра, вплоть до образования полного конуса. Число для получения полой конической детали определяется следующим образом.

1) Коническая поверхность произвольно разбивается на несколько ступеней ( обычно 3-5), вписывающихся в контур конуса и определяются размеры диаметра и высота каждой полученной ступени ( для упрощения расчетов можно разбить на ступени одинаковой высоты).

2) определяется условный коэффициент вытяжки по формуле ( 13 ) для ступенчатых цилиндрических деталей.

3) Численная величина m ус сравнивается с коэффициентом вытяжки для данного материала ( табл. Если значения коэффициента m ус