6.2 Свободная вакуум-штамповка сквозь протяжное кольцо

В этом методе роль пуансона заменяет атмосферное давление, которое создается при помощи вакуумных насосов. Заготовку нагревают до температуры формования и закрепляют между прижимным и протяжным кольцами. Регулируя степень разряжения (т.е. контролируя давление), формуют преимущественно детали, имеющие форму тел вращения. Однако глубина вытяжки ограничена и не должна превышать радиуса протяжного кольца. Это обуславливается неравномерным распределением напряжений заготовки, вследствие чего в вершине ее под действием напряжения происходит наибольшее утонение. При постоянном давлении отформованную деталь охлаждают до комнатной температуры. Затем после выравнивания давления, отформованную деталь снимают с формы. К достоинствам этого метода можно отнести простоту и дешевизну, однако, такой метод формования позволяет изгтовлять только детали имеющие форму тел вращения.

Заготовку после нагревания закрепляют между протяжным и прижимным кольцами. В процессе формования на заготовку действует сила F_выд , выдёргивающая её из-под прижимного кольца и сила F_уд, удерживающая заготовку.

1. Прижимное кольцо, 2- протяжное кольцо, 3- заготовка .

Рисунок 6.4. Схема закрепления заготовки в установке для свободной вакуумной и пневматической штамповки сквозь протяжное кольцо.

Причём

F_выд= 2π∙R∙δ∙σ_эл (6.1)

где: σ_эл= f(T)- напряжения, которые необходимо создать в заготовке для проявления при температуре штамповки эластических деформаций.

F_уд- усилия прижима, P_ф- давления формования, F_выд- сила, выдёргивающая заготовку из-под прижимного кольца, F_уд- сила,удерживающая заготовку под прижимным кольцом.

Рисунок 6.5. Схема действия сил на заготовку в процессе штамповки.

В круглой заготовке, защемлённой по контуру, под действием давления формования возникают равные по величине окружные σ_окр и радиальные σ_рад напряжения.

Выдёргивание заготовки из-под прижимного кольца происходит под действием σ_рад, которое принимают равным σ_эл.

Сила, удерживающая заготовку в месте крепления F_уд, должна быть больше силы трения F_тр заготовки о поверхности колец:

F_уд≥2∙s∙q∙f (6.2)

Здесь s- площадь контакта заготовки с протяжным и прижимным кольцами, q- давление, оказываемое на заготовку прижимным кольцом, f- коэффициент трения пары материал заготовки-сталь.

Поскольку должно быть больше, то из уравнений (6.1) и (6.2) следует

F_уд= (6.3)

Причём s подбирают таким образом, чтобы q было меньше разрушающего напряжения материала заготовки при сжатия. Для того, чтобы нагретая до температуры штамповки заготовка не успела охладиться её деформируют со скоростью 0,15-0,18 м/с давлением p, которое для круглой заготовки в первом приближении может быть вычислено по формуле

P= σ_эл ² (6.4)

Время вытяжки материала t_вытяж рассчитывают по формуле, где H_ф- максимальная глубина вытяжки, равная глубине формообразующей матрице.

t= (6.5)

Время нагревания t_наг листовых заготовок перед штамповкой, помещённых между металлическими плитами, снабжёнными электронагревателями, рассчитывают по формуле

t= (6.6)

где δ- толщина листа, a- коэффициент температуропроводности термопласта [м²/с], F₀- критерий Фурье, определяемый графически с помощью температурной разности θ.

θ= (6.7)

t_c- температура плит, t_ф- температура вытяжки, t_o- начальная температура заготовки.

Схема свободной вакуум-штамповки сквозь протяжное кольцо производится на установке, показанной на рисунке 6.6.

1-камера; 2-матрица; 3-заготовка; 4-прижимное кольцо.

Рисунок 6.6 – Свободная вакуум-штамповка в жесткую матрицу сквозь протяжное кольцо [3].

Конфигурация детали определяется конфигурацией протяжного кольца и глубиной (высотой) вытяжки. Протяжное кольцо может иметь различную форму в виде круга или эллипсоида

Рисунок 6.7 – Вид протяжного кольца (сверху) и получаемой заготовки (снизу) [3].

Заготовка должна быть прочно закреплена, так как в процессе формования существуют силы выдергивания F _выд. Для того, чтобы выдергивания не происходило, необходимо, чтобы сила трения F _тр. была больше выдергивающей силы F _выд. , т.е. F _тр. > F _выд.

F _выд. = 2πRδσ (6.8)

где R – радиус заготовки: δ – толщина заготовки: σ - радиальное напряжение

F _тр. = 2S_тр. qf (6.9)

где: S тр. – поверхность трения: q – давление прижимного кольца: f – коэффициент трения.

Давление q и сила прижима F _{прижима}

q > (πRδσ)/S_тр. f (6.10)

F _{прижима} > (πRδσ)/f (6.11)

Таким методом изготавливают разнотолщинные детали небольшой глубины.