книги из ГПНТБ / Скворцов, Г. Д. Основы конструирования штампов для холодной листовой штамповки подготовительные работы

Таблица S

Формулы для расчета площадей боковых поверхностей элементарных участков тел вращения

Наиболее универсальным из них является метод расчета приведенных боковых поверхностей элементарных участков. Основная формула имеет вид

40

где £ X = X i + Х 2 + ■. .+ Х п, Xi, Х 2, . . ., Х п — приведен­ ные боковые поверхности элементарных участков (табл. 8).

В табл. 8 приведены все возможные варианты элементарных поверхностей, поэтому, пользуясь ими, можно рассчитать заго­ товки для большинства деталей типа тел вращения.

Припуск на обрезку зависит от основных геометрических пара­ метров вытягиваемой детали: высоты, диаметра вытяжки и диа­ метра фланца (при его наличии); значения их приведены в табл. 9

и 10 [19].

Операция обрезки исключается при относительно малой сте­ пени деформации, которая выражается несколькими показате­ лями. Наиболее доступным из них является коэффициент вы­ тяжки т — величина обратная степени деформации. Таким обра­ зом, операция обрезки исключается при большом значении коэф­ фициента т. Например, для металлов средней твердости при тол­ щине до 1 мм коэффициент т должен быть не менее 0,7, а при тол­ щине до 3—4 мм — более 0,75—0,8.

Ниже приведен расчет размеров заготовки детали, показанной на рис. 18, а, которая после окончательной вытяжки подвергается обрезке.

1. Определяем припуск на обрезку

41

По табл. 10 находим ближайшие значения: 2,5 и 3,0 мм, при­ нимаем 3 мм.

2. Строим контур детали по средней линии (рис. 18, б) в ответствии с чертежом детали и проставляем необходимые размеры для каждого элементарного участка. Отверстия, имеющиеся в де­ тали на любом участке поверхности, при расчете заготовки не

Рис. 18. К аналитическому расчету заготовки детали типа тела вращения, получаемой вытяжкой

учитывают за исключением особых случаев. Таким образом, по­ верхность данной детали рассматриваем как сплошную (без от­ верстия диаметром 10 мм).

42

Б. Из вспомогательного треугольника DEF определяем диа­

4. По формулам из табл. 8 находим значения приведенных

Х9 = d2 = 162 = 256.

5. Определяем диаметр заготовки:

о заг = у % х =

= 1/2907 + 942 + 1663 +1600 + 1362 + 1622 + 496 + 373 + 256 «

яа: Ю6 ММ.

Иногда при расчете заготовок нецелесообразно делать полную разбивку поверхности детали на элементарные участки. Напри­ мер, куполообразная деталь (рис. 19, а), состоящая из нескольких ступеней, вытягивается за одну операцию. Если проследить за процессом формообразования, то обнаружим, что обтягивание штампуемого металла по пуансону вначале происходит с контак­ том по некоторой части сферической поверхности 1 и неполной поверхности 7. Только в конце хода при сближении рабочих ча­ стей штампа начнут оформляться поверхности 2, 3, 4, 5 и 6. Если металл высокопластичен, то указанные поверхности будут запол­ нены только за счет местного растяжения. Следовательно, течение металла с краев заготовки (из зон 9 и 10) наблюдаться не будет

43

(или деформация настолько незначительна, что ее можно не учи­ тывать). Отсюда вывод, размер заготовки рассматриваемой де­ тали может быть найден без полной разбивки поверхности на эле­ ментарные участки.

Рис. 19. Допускаемое графическое упрощение при расчете заго­ товки ступенчатой детали

Достаточно, например, зону восьми элементарных поверхно­ стей (с 1 по 8) свести к трем простым участкам /, 2 и 3 (рис. 19, б). Поэтому расчет заготовок подобных деталей из высокопластичных металлов значительно упрощается.

Рассмотрим другой случай. Например, требуется найти заго­ товку детали (рис. 20) с горловиной малого диаметра относительно заготовки и диаметра вытяжки D 0.

Рис. 20. Пример формы детали, при расчете заготовки которой не все элементы учитывают

Если горловина диаметром d деформируется после получения основной формы детали (диаметром DB) отбортовкой пробитого отверстия, то, естественно, поверхность горловины не будет фор­ мироваться за счет течения металла с краев заготовки.

A fa r ~V^X-i-\-X2-\-X3,

где под Х 3 подразумевают полную (приведенную) площадь дна детали.

•Если детали, подвергаемые вытяжке, имеют образующую, которую-не удается разбить на .элементарные участки, указанные

44

в табл. 8, то ее поверхность определяют графо-айалйтинескйм методом по известному правилу Гюльдена-Паппуша [12].

Поверхность тела вращения, описываемая плоской кривой при вращении ее вокруг оси, лежащей в плоскости этой кривой и не пересекающей ее, равна произведению длины кривой (обра­

зующей) на длину окружности, описываемой центром тяжести кривой, т. е.

3.Определяют графически длины отрезков и длину всей обра­ зующей L;

4.Наносят центры тяжести S каждого участка и определяют графически их расстояния R от оси вращения;

5.Находят радиус вращения центра тяжести всей образу­ ющей по формуле

_ RiА+ -Ь • • ■-Ь Rnin

Яц. т '

6. Рассчитывают диаметр заготовки по формуле

Аваг = У 8Р ц . ТЬ.

При более точных; расчетах отрезки I учитывают как криволи­ нейные (истинные — в соответствии с чертежом). Их длину опре­ деляют по радиусу R и центральному углу а (рис. 21). Для удоб­ ства и ускорения расчета длин и центров тяжести криволинейных участков1следует пользоваться специальными таблицами, раз­ работанными на ГАЗе.

В тех случаях, когда цилиндрическую деталь с фланцем вытя­ гивают при предварительно разделанном технологическом от­ верстии в центре заготовки, необходимо в расчетах учитывать условную поверхность, образованную в результате утяжки тех­

45

нологического отверстия диаметром d x (см. рис-. 4). Эту условную поверхность следует вычесть из суммарной поверхности детали. В соответствии с рекомендациями, изложенными на стр. 39—43, эта поверхность в приведенном виде определяется по формуле

(см. табл. 8):

Русл = d% — d\.

При суммировании элементарных поверхностей (см. разобран­ ный пример на стр. 43) условную поверхность Fycjl записывают со знаком минус.

ПР О М Е Ж УТО Ч Н Ы Е П Е Р Е Х О Д Ы П Р И В Ы Т Я Ж К Е ГЛУБОКИХ Ц И Л И Н Д Р И Ч Е С К И Х Д Е Т А Л Е Й

Число переходов при вытяжке зависит от пластичности металла и его структурного состояния. Критерием для определения числа переходов служит предельная величина степени деформации.

Как уже указывалось выше, одной из таких величин является допускаемый коэффициент вытяжки. Для первых операций он

йл

выражается отношением -т-2-, для последующих операции отно-

“ заг

„ d„

шением диаметров последующей вытяжки к предыдущей: ,

линии.

При вытяжке деталей типа тел вращения из низкоуглероди­ стых сталей и других металлов с идентичными показателями пластичности рекомендуется применять значения коэффициентов вытяжки по табл. 11. Принимая ее данные за типовые, можно построить ряд значений коэффициентов вытяжки для металлов с другими показателями пластичности. Причем неизбежны зна­ чительные отклонения от приведенных в табл. 11. Например,

46

при относительной толщине заготовки — 100 > 2 допускае- ^заг

мый коэффициент первой вытяжки для низкоуглеродистых ста­ лей m-i = 0,5-ь-0,48 (табл. 11), а для стали 65Г с низкой пластич­ ностью на основании заводского опыта т х = 0,7-г-0,68. Здесь

имеет большое значение отношение — и допускаемое относитель­ на

ное удлинение о. В первом случае для низкоуглеродистых сталей

б 12%. Чем больше отношение —■и меньше величина б, тем хуже

штампуемость. Наблюдения показали, что разница в допускаемых коэффициентах вытяжки при сравнении металлов с различной штампуемостыо при выполнении последующих операций вытяжки относительно меньше, чем при сравнении первых операций. Однако этот вопрос еще недостаточно изучен.

Приведенные табличные данные рассчитаны на нормальные условия работы штампов и на получение высококачественных заготовок (без разрывов и с незначительным утонением металла). При отсутствии высоких требований к прочности и геометрии де­ талей можно применять более жесткие коэффициенты вытяжки (с уменьшением на 5—10%).

В тех случаях, когда вытяжка выполняется при нерегулируе­ мых буферах и прочих несовершенствах производства значения коэффициента т, указанные в табл. 11, необходимо увеличивать

ния коэффициентов меньше, чем для тонких (применительно к од­ ной и той же марке металла), или, иначе, допускается большая степень деформации *. Это объясняется, прежде всего, тем, что при вытяжке тонких металлов устанавливают относительно меньший технологический зазор между матрицей и пуансоном, а это увеличивает силу трения, которая снижает потенциальные воз­ можности металла сопротивлению разрыву в процессе вытяжки.

При вытяжке деталей типа тел вращения "промежуточные переходы в плане всегда подобны, однако форма их образующих может быть различна.

Промежуточные переходы для цилиндрических деталей сво­ дятся к трем основным формам: 1) с плоским дном и закругле­ нием г (рис. 22, а); 2) с дном в виде усеченного конуса (рис. 22, б); 3) со сферическим дном (рис. 22, в).

Эти формы могут быть без фланца и с фланцем в зависимости от выбранного технологического" процесса и заданного чертежа. Если фланец незначительно больше диаметра вытяжки, то один

* Улучшение «штампуемости» листового металла при вытяжке более интен­ сивно происходит при увеличении его толщины ориентировочного до S = 2 мм. При большей толщине — это явление мецее заметно.

47

или несколько переходов выполняются без него, а затем в после­ дующих операциях образуется фланец.

Когда деталь задана с большим фланцем, то все промежуточ­ ные переходы выполняются также с фланцем.

Первая форма приемлема при любых размерах цилиндра. Вторая форма практически мало приемлема для цилиндров диа­ метром менее 20 мм, но при больших диаметрах она значительно

т

/V

в)

Рис. 22. Формы переходов при вытяжке цилиндрических деталей (I—IV — переходы)

целесообразнее первой. Третья форма удобна для мелких дета­ лей и особенно при последовательной вытяжке в ленте (полосе).

Диаметры промежуточных вытяжек цилиндрических деталей рассчитывают по следующим формулам:

Диаметры дна переходов dKпри вытяжке деталей с усеченным конусом выполняют равными dKi = d2; dKl = d3 и т. д.

Форма и радиусы закругления переходов при вытяжке опре­ деляют геометрию рабочих частей матрицы и пуансона. Поэтому

48

важно, чтобы расчеты и вычерчивание переходов были возможно более точные с учетом опытных данных.

Величина оптимальных радиусов закругления переходов при вытяжке зависит от многих факторов. К основным относятся толщина и марка штампуемого металла, степень деформации, форма рабочих частей штампа и др.

Средние значения радиуса закругления матрицы можно опре­ делить (с округлением до целых чисел) по формуле

ru~ K V ( D - d ) S ,

где D — диаметр плоской заготовки или предыдущей вытяжки; d — диаметр детали после данного перехода вытяжки; S — тол­

В тех случаях, когда возникает необходимость для создания более интенсивного торможения металла в процессе вытяжки, радиус закругления матрицы уменьшают. На последних пере­ ходах радиус матрицы приближают к размеру, указанному на чертеже детали.

Радиусы закругления гп пуансонов для первых переходов рекомендуется принимать равными радиусам матрицы. Однако при соответствующих значениях коэффициентов вытяжки допу­ скается уменьшение радиусов пуансонов до гп = (0,5н-1,0) S. В процессе калибровки и чеканки можно получать детали с ра­ диусами гп < 0.5S.

В переходах с усеченным конусом (см. рис. 22, б) радиусы закругления пуансона не должны превышать некоторых опти­ мальных значений. При очень больших радиусах необходимость в применении конуса часто отпадает, так как в этих случаях трудно установить границу между конусом и радиусом.

Максимальный радиус закругления пуансона гПк во многом

зависит от перепада между диаметрами предыдущей и последую­ щей вытяжек. Его можно определить по следующей эмпирической формуле, предложенной автором,

(с округлением до целых чисел) где d — диаметр вытяжки.

При этом коэффициенты вытяжки должны быть близкими к пре­ дельным (если же вытяжка выполняется при малых степенях деформации, то переходы необходимо строить с одним закругле­ нием) .