1. Задачи работы

Изучить методику расчета основных технологических параметров операций вырубки и вытяжки при листовой штамповке.

Определить основные технологические параметры операций при изготовлении конкретного изделия.

Выполнить операцию вытяжки на гидравлическом прессе с замером потребных усилий.

Провести сравнительный анализ теоретических и экспериментальных данных.

2. Листовая штамповка. Общие сведения

Листовая штамповка – процесс получения изделий или заготовок из листового или фасонного проката без обусловленного, значительного перераспределения металла в поперечном сечении исходной заготовки¹.

Детали, изготовленные листовой штамповкой, широко применяются в автомобильной промышленности. Этим методом можно изготавливать сложные по форме изделия, например: детали кузовов автомобилей, капоты двигателей, топливные баки, различные прокладки и т.д.

К преимуществам процесса относятся: небольшой вес деталей, полученных штамповкой, экономичный расход металла, хорошая чистота поверхности изделий, возможность получения изделий сложной конфигурации (в сочетании с пайкой, сваркой, клепкой).

В зависимости от способа действия внешних сил и характера напряженно-деформированного состояния операции листовой штамповки делят на разделительные (отрезка, вырубка, пробивка, просечка и др.) и формоизменяющие (гибка, вытяжка, отбортовка и др.).

Вырубка – есть полное отделение заготовки или изделия от исходной заготовки по замкнутому контуру путем сдвига. Вырубка производится при помощи штампов на механических или гидравлических прессах.

При вырубке отделяемая часть металла, которая проходит через отверстие в матрице, является изделием, а оставшаяся – отходом.

В штампах роль верхнего перемещающегося ножа выполняет пуансон 2, а нижнего – матрица – 4 (рисунок 1). Пуансон вырубного штампа образуется зазор.

При работе пресса на средних скоростях для материалов толщиной S = 0,5…1,0 мм значения двусторонних и диаметральных зазоров составляют от 5 до 15 % от толщины листа S.

При вырубке зазор Z получается за счет уменьшения диаметра пуансона D_п против номинального размера матрицы D_м, т.е.

D_м = D_н; D_п = D_н - Z

где D_н – номинальный размер, мм;

D_м – диаметр матрицы, мм;

D_п – диаметр пуансона, мм;

Z – диаметральный зазор, мм.

Рисунок 1. Схема вырубки заготовки в вырубном штампе:

1 – ползун пресса; 2 – пуансон; 3 – материал; 4 – матрица; 5 – стол пресса

На рисунке 1 показан вырубной штамп с параллельными режущими кромками. Угол скоса режущих кромок пуансона  = 0, а угол резания  = 90⁰. Усилие вырубки в этом случае определяется в кГс/мм² (Н) по формуле

где F₀ – площадь среза, мм²;

П – длина контура (периметр) вырубаемой детали, мм;

S – толщина материала, мм;

σ_ - сопротивление среза, кГс/мм² (МПа); значение σ_

обычно берут равным (0,8…0,86) σ_в, где, в свою очередь,

σ_в - временное сопротивление материала, кГс/мм² (МПа).

Усилие вырубки зависит от ряда факторов: механических свойств материала, толщины листа, формы и размеров вырубаемого контура детали, а также величины зазора между пуансоном и матрицей, скорости деформирования, смазки инструмента и т.д. В производственных условиях влияние дополнительных факторов учитывается введением в формулу коэффициента k = 1,0…1,3.

Тогда действительное усилие вырубки в кГс (Н) можно подсчитать по формуле

Вытяжка – это процесс образования полой заготовки или изделия из плоской или полой исходной листовой заготовки, осуществляемый в вытяжных штампах.

Различают два вида вытяжки: без утонения стенок и с утонением стенок. Вытяжку без утонения стенок производят в случае штамповки глубоких изделий из тонкого материала. При этом соблюдается условие:

где S – толщина листа, мм;

D – диаметр исходной плоской заготовки, мм;

d_n-1 – диаметр полой заготовки при последней вытяжке, мм.

При глубокой вытяжке (рисунок 2) за счет наличия избыточного материала (избыточных треугольников В₁, В₂, … В_n) в заготовке по краю вытянутого изделия образуются складки (гофры). Для предотвращения образования гофр применяют прижимное кольцо или складкодержатель, который прижимает заготовку к матрице таким образом, что материал не имеет возможности образовывать складки, а вынужден под давлением пуансона передвигаться в радиальном направлении.

Рисунок 2. Схема превращения плоской заготовки в полое изделие; развертка полого цилиндра и избыточные треугольники

Принципиальная схема вытяжки с прижимом материала показана на рисунке 3.

При изготовлении неглубоких изделий из толстого материала вытяжку ведут без прижима при условии S/D · 100% > 2% и S/d_n-1 · 100% > 1,5 %.