книги из ГПНТБ / Валиев, С. А. Комбинированная глубокая вытяжка листовых материалов

циенту вытяжки m K и опытным

коэффициентам первой и после­

дующих в ы т я ж е к на конических

матрицах (см. гл. I I и

I I I ) оп­

ределяем ориентировочно число

переходов, например,

по соот­

следний переход

является

собственно

процессом

в ы т я ж к и

ко­

робчатой

детали .

При

этом

целесообразно,

чтобы

на

послед­

нюю

операцию

поступала

заготовка — стакан

с

утоненными

стенками, что даст возможность производить более

эффективный

процесс комбинированной вытяжки . Коэффициент

в ы т я ж к и

на

последнем

переходе в этом

случае принимаем

равным

m , m =

= 0,55-4-0,65.

Н а

основе

суммарного

коэффициента утонения

можно

опре­

делить

число

переходов

по утонению. П р и н и м а я

пооперацион­

ные коэффициенты утонения

аналогичными

принятым

при вы­

т я ж к е

цилиндрических

изделий, воспользуемся

формулой

(5).

Как

на промежуточных, так и на

окончательных переходах

здесь т а к ж е применим

метод

в ы т я ж к и

через

две

матрицы .

Н а

основе

пооперационных коэффициентов mdi

и msi

легко

Д

0,98

Д' V

Н

— 2,28 —

+

-

В

В*

(97)

В

4m,

1

•0,43 —

В

П р я м о у г о л ь н ы е

к о р о б ч а т ы е

д е т а л и .

Исходны ­

ми данными

дл я технологических расчетов

являются

следующие

п а р а м е т р ы

детали (см. рис. 5 4 , а ) :

размеры сторон А и В;

толщина

стенки s; толщина дна (ис­

ходного

м а т е р и а л а ) s0 ; глубина

детали Я 0 ; радиус

у дна г д ; ра­

диус угловой г у ; характеристики

м а т е р и а л а :

ав, 8Р, re,

г с р .

М а к с и м а л ь н у ю глубину и суммарный коэффициент утонения

определяют аналогично предыдущему .

Д л я

комбинированной

в ы т я ж к и

прямоугольных

коробчатых

деталей,

как отмечалось,

основной

формой

заготовки

является

«эллипсовидный овал», п а р а м е т р ы

которого определяются по

известным ф о р м у л а м [5] на основе

эквивалентной

поверхности

д е т а л и

(Fa).

Необходимость применения с к л а д к о д е р ж а т е л я

может быть

установлена по эмпирическим

соотношениям

< 2%

или ^ — - >

30.

Суммарный коэффициент

уменьшения

периметра

(вытяжки)

. -

'

"

т

где Fa находится по формуле (93).

коэф­

Сравнивая этот коэффициент с экспериментальными

кой

эллипсов, рассчитываемых по методике Д .

А.

Вайнтрау -

ба

[5].

Контуры «эллипсовидных овалов» промежуточных переходов

строятся по аналогии с контуром заготовки, но

с

использова­

нием новых центров радиусов.

кривизны,

но и

регулировать высоту

вытягиваемой

детали,

вы­

р а в н и в а я

ее при

необходимости.

Здесь д а н ы краткие указания по расчету новой технологии

квадратных и прямоугольных деталей

с

небольшим

отношением

Л

большими радиусами

г у

и г н . Они

основаны

на

— и довольно

В

тором

экспериментах.

Расчет усилий комбинированной

в ы т я ж к и

Н а

основе проведенного выше теоретического анализа м о ж н о

с достаточным приближением к

действительным значениям

путь при комбинированной в ы т я ж к е являются

максимальные

усилия

на

первой

стадии,

в

начальный

критический

момент

комбинированного

процесса

и

на

конечном

этапе

(протяжка

к р а я ) .

Технологическое

усилие

на операциях

в ы т я ж к и с

принуди­

тельным

утонением

складывается

из

усилия, действующего

в

выходном

сечении

стенки

Рс,

и

усилия

на

преодоление

трения

м а т е р и а л а

по пуансону в пределах

зоны

утонения

Ру\

Р =

Р с

+

Рт.

(99)

Р а с т я г и в а ю щ и е

н а п р я ж е н и я

в

выходном

сечении

стенки

со­

з д а ю т силу

'

Pa

=

LiSlazi.

(100).

Сила

трения на

пуансоне

может быть

вычислена

с

учетом

P T i

=

l ( l 5 ^ - ^ L f l n - ^ - - a p

Y - ^ - l ) l ,

(101)

'

sina-L ms.

\

ms[

J\

где Li и Si — периметр и толщина

стенки

детали

соответственно.

Очевидно, используя дл я комбинированной в ы т я ж к и

короб­

чатых

деталей

матрицы

с

конической заходной

частью,

можно

и в этом

случае

с некоторым

приближением

рассчитывать

рас­

тягивающие н а п р я ж е н и я

в

выходном

сечении

стенки по

форму­

л а м , выведенным

при а н а л и з е

осесимметричных

деталей .

4.

ТЕХНОЛОГИЯ

подготовки

ЗАГОТОВОК

к

КОМБИНИРОВАННОЙ

ВЫТЯЖКЕ

В процессе комбинированной в ы т я ж к и происходит упрочне­

ние (наклеп)

листовых

материалов несколько

большее, чем при

в ы т я ж к е

без

утонения, потому

что

степень

деформации

при

этом, ка к правило, больше.

Н а

рис. 55, а

показан

характер

упрочнения,

выраженный

через твердость по Виккерсу на поверхности

вытянутой детали .

И з рисунка видно, что в процессе

в ы т я ж к и без утонения

и

ком­

бинированной в ы т я ж к и

твердость

м а т е р и а л а

повышается

почти

в 2 р а з а . Характерно, что дно упрочняется

примерно

на 20—30%

за счет растяжения . Видно т а к ж е ,

что

при

комбинированной

в ы т я ж к е ,

когда

степень

деформации

достигает

больших

значе­

твердость увеличивается у ж е незначительно по сравнению

с вы­

т я ж к о й без утонения.

Интенсивность упрочнения при холодной

пластической

деформации можно определить по характеру

кри­

вой истинных

напряжений . Н а рис. 55,6 приведены д и а г р а м м ы

истинных н а п р я ж е н и й

некоторых исследованных автором

мате-

1-я Вытяжка

2-я Вытяжка

0

0,1 0,2 0,3 #4 0,5 0,5 0,7 ф

а)

5)

Рис.

55. Характер

упрочнения листовых

материалов.

а — твердость

поверхности стакана:

О

О

О

при вытяжке,

s0

•

— • —

— —#— при комбинированной

вытяжке, —^- = 0,7.

So

Материал — низкоуглероднстая

сталь;

б— диаграммы

истинных

напряжений:

/ — алюминий

АМцА-М,

сгв =6 кгс/мм2 , s0=4,3

мм;

2 — сталь

08кп,

<ТВ =

=31,5 кгс/мм2 , s0 =l,35 мм; 3 — латунь Л80, о в = 3 2

кгс/мм2 , sa—\ мм;4 — никель,

0 а =37 кгс/мм2 ,

s =10

мм;

5 —латунь Л63,

0"в =34

кгс/мм2 ,

s 0 = l

мм;

6 — сталь 10,

Ов =38

кгс/см2 ,

s0 =3

мм; 7 — берпллиевая

бронза

Бр.Б2,

а в

=

=55,3

кгс/мм2 , S o = l

мм; 8 — сталь

0XI8H10T, ст„ =69

кгс/мм5 . s 0 = l мм

риалов (характерно,

что кривая

твердости

стенки,

приведеннная

на рис. 55, а,

аналогична

кривой истинных

н а п р я ж е н и й ) .

Комбинированная в ы т я ж к а связана обычно с большими сте­

пенями деформации на к а ж д о й

операции,

но это не

исключает

возможности

построения

т а к ж е

технологии

без промежуточных,

отжигов.

О д н а к о в

случае

больших

межоперационных

заделов

полу­

отжиги неизбежны .

О т ж и г полуфабрикатов из различных

материалов

проводится

и в

случае комбинированной

в ы т я ж к и по общепринятым

режи ­

м а м

дл я тонкостенных

полых деталей

с толстым дном [4, 34].

Заготовки, поступающие

дл я межоперационной

термообра ­

ботки при вытяжке,

д о л ж н ы

быть тщательно очищены от грязи,

антикоррозионной

или

технической

смазки во и з б е ж а н и е при-

горания

масла .

После

открытого

отжига

весьма

распространенной

опера­

цией по удалению

окалины является

травление. Операции

трав -

Кроме значительного

повышения

трудоемкости,

межопера ­

ционные

отжиги

при

в ы т я ж к е

ухудшают качество

поверхности

и структуру

м а т е р и а л а

изделия.

Так,

например, в процессе

мно­

гократного

(13—18 р а з )

повторения

термохимических операций

при в ы т я ж к е сильфонных трубок из стали Х18Н10Т

содержание

углерода

в

ней

может

возрасти

в 2—3

р а з а

по сравнению

с ис-

. ходным

[4].

П р и

глубокой вытяжке, построенной

на

основе метода

ком­

реходов,

уменьшается

т а к ж е

число

термохимических

операций;

качество

м а т е р и а л а

изделий

не ухудшается .

Условия трения,

технологическая

смазка

и охлаждение! П р и

комбинированной глубокой в ы т я ж к е ,

к а к

отмечалось,

по

срав­

нению

с

вытяжкой и протяжкой повышается степень деформа ­

ции на

к а ж д о й

операции.

Увеличение

степени

деформации

создает

более

т я ж е л ы е ус­

ловия

на

контактных

поверхностях,

поэтому

требуется

особое

внимание

о б р а щ а т ь

на

условия трения м е ж д у заготовкой

и вы­

т я ж н ы м

инструментом.

Условия трения

здесь характеризуются

в основном следующими ф а к т о р а м и :

удельными

давлениями,

смазкой

и м а т е р и а л а м и

трущихся пар .

Основное

требование

к технологическим

с м а з к а м — снижать

коэффициент

трения. Однако

в схемах,

благоприятных

для

боль­

логической

смазки

являются

ее противозадирные

свойства, т. е.

способность

обеспечивать

прочную,

неразрывную

пленку,

разде ­

л я ю щ у ю поверхности заготовки и

инструмента

в

т я ж е л ы х

тем-

пературно-силовых

условиях

контакта.

В

связи

с этим

м о ж н о рекомендовать д л я

комбинированной

в ы т я ж к и те

ж е

смазки,

что

и при

протяжке . Д л я

углеродистой

стали

наиболее

широко

применяется фосфатирование с

после­

ляно - меловым составом [34].

В последнее

время

за

рубежом

широко

используются

д л я

различных

сталей

технологические

с м а з к и на основе дисульфида молибдена

(M0S2).

Автором был

р а з р а б о т а н

и успешно внедрен простой и де­

шевый

способ предохранения

стальных

деталей

от

задиров

при

в ы т я ж к е

вместо сложного

и дорогостоящего

фосфатирования

[7].

Сущность

способа

состоит

в

применении гидрата

окиси

ж е л е з а

Р е ( О Н ) з ,

т. е. ржавчины,

в

качестве подслоя (твердого напол­

нителя) мыльной пленки. Гидрат окиси

ж е л е з а

обладает высо­

кой степенью дисперсности

и равномерно покрывает всю по­

верхность

заготовки.

К р о м е

того, будучи

рыхлой

и пористой,

пленка

р ж а в ч и н ы

о б л а д а е т

хорошей

адсорбционной

способ­

ностью.

Д л я

получения

подслоя

из гидрата

окиси

ж е л е з а

в

произ­

водственных

условиях

заготовки

из углеродистой стали

после

•очередной

в ы т я ж к и и

открытого

отжига

подвергают

обработке

по определенной технологии

(табл.

21).

Т а б л и ц а

21

Технология

получения двухслойной

противозадирной

технологической

смазки

на углеродистых

сталях

Лэ опе­

Операции

Состав ванны

Температура

рации

1

Травление

15—20 мин

20 % -ная соляная или

—

серная

кислота

2

Промывка

(3—4-крат­

Вода

проточная

холод­

—

ное

погружение)

ная

2а

Промывка

горячая

Вода

проточная

60—95° С

(3—4-кратное

погруже­

ние)

3

Вылеживание

на

воз­

—

—

духе

до

образования

лег­

кого

налета

желтого

цвета

(не более

30 мин)

4

Омыливание

2096-ный водный рас­

50—55° С

твор

ядрового

мыла

(60 %-ного)

5

Сушка в сушильной

ка­

80° С

мере

до

затвердевания

пленки

мыла

П р и м е ч а н и е .

Операция

2а

предназначена для лучшего удаления кислоты

в

случае

тонкостенных деталей.

Длительное хранение заготовок с налетом р ж а в ч и н ы

может

привести

к углублению

коррозии

со

всеми

вытекающими

отсю­

д а последствиями,

поэтому

омыливание

и

сушка

являются

обя­

зательными

операциями

и

д л я тех

партий

заготовок, которые

по условиям

производства

не сразу подвергаются вытяжке .

•Сухая мыльная пленка препятствует развитию коррозии.

Опыт

показал,

что

применение

такой

двухслойной

пленки

технологической

смазки

(гидрат

окиси

ж е л е з а + мыло)

при

глу­

бокой

в ы т я ж к е

обеспечивает

получение

гладкой,

блестящей

по­

верхности

изделий без царапин и задиров . Это

свидетельствует

о высоких

противозадирных

качествах

разделительного

слоя,

т а к как

мыло, реагируя

с водой

и

с F e ( O H ) 3 ,

частично

разла ­

гается

на

ж и р н ы е

кислоты,

которые, в

свою очередь,

образуют

м е т а л л и ч е с к ие (железные)

мыла . К а к

известно,

металлические

м ы л а прочно у д е р ж и в а ю т с я

на

поверхности

металла и

с л у ж а т

хорошими

с м а з к а м и [38].

Д л я операций

в ы т я ж к и

стали с более

т я ж е л ы м и

контакт ­

ными условиями

разработана

разновидность

описанной смаз ­

к и — трехслойная

технологическая смазка . Она

характеризуется

наличием двухслойной твердой пленки в виде

пленок

меди и

гидроокиси ж е л е з а , пропитанных слоем жидкой

технологиче­

ской смазки, т. е. фактически

смазка

получается

трехслойной:

медь плюс

гидроокись плюс

пленка, например,

мыльной

смазки .

большей надежностью в ы т я ж к у через две

матрицы .

В процессе штамповки гидроокнсная

пленка сдвигается с

дым наполнителем,

а медная

пленка, с о д е р ж а щ а я в своих мно­

гочисленных порах

«пробки»

гидроокиси, пропитанной ж и д к о й

противозадирные свойства;

увеличилась

стойкость

вытяжного

инструмента и улучшилось качество изделий.

Особенно

сложные

условия

трения

наблюдаются

при

ком­

бинированной в ы т я ж к е коррозионностойких

сталей. С м а з к и

з д е с ь

д о л ж н ы быть более вязкими и термостойкими, так как

материал

разогревается

при

в ы т я ж к е

до

120° С

[22],

а в

зоне

д е ф о р м а ц и и

утонения

температура

может

подниматься

значительно

выше.

Известно, что фосфатнук> пленку, эффективно

используемую

при

штамповке

углеродистых

сталей,

нельзя

применять

д л я

н е р ж а в е ю щ и х

сталей,

т а к

как

фосфатные

растворы

не реаги­

руют

со

сталями,

с о д е р ж а щ и м и

хром

и

никель

в

количестве

свыше 4%. Поэтому д л я коррозионностойких

сталей

рекомен­

дуются

органические

лаки

типа

Х В Л - 2 1 ,

АВ4,

термостойкие

типа

K I , К2,

меднение,

известкование,

а

т а к ж е

пленки

оксалата

ж е л е з а ,

оксидные

пленки

в

сочетании

с мыльной-

пленкой

и др . [22,

34,

46].

Н а первой операции

комбинированной в ы т я ж к и

коррозионно-

стойких

сталей

типа Х18Н10Т

автором были испытаны

следую ­

щ и е

технологические

смазки:

пленка

цапон - лака +

м а с л я н а я

пленка,

пленка

цапон - лака + пленка

мыла,

оксидная

пленка

+

+ пленка

мыла . Качество поверхности у

стаканов,

вытянутых

с

О

5

10

15

20

25

30

35

. W

45 50

55

60

70 h„,MM-

Рис. 56.

Кривые

усилие — путь

при

комбинированной

вытяжке

коррозионностойкой

стали

( m 3

j

=0,7)

с

различной

структурой:

технологической

смазки:

/ — лак+машшшос

масло;

2 — лак+мыльная

пленка.

Материал — сталь

0X18HI0T;

>г0= 1,04

мм;

m r f [

=0,57; fflSl=067

при утонении

стенки

л а к о в а я

пленка

разрывается

и сползает

с поверхности заготовки, в связи с чем возникает опасность

кон­

такта («схватывания») с инструментом.

Высокое

качество

по­

верхности

изделий

достигается

оксидированием

поверхности

Кривые усилие — путь,

записанные

при в ы т я ж к е стаканов-,

из

стали

0Х18Н10Т с

различной

структурой

технологической

смазки, характеризуют

более высокие

антифрикционные свойст­

ва

структуры л а к + мыло,

чем

л а к + масло,

проявляющиеся

в.

снижении усилия (рис.

56).

Д л я

подготовки перед

вытяжкой

поверхности заготовок

из.

следующей пропиткой

мыльным

раствором

и

сушкой

Эффект такой смазки состоит в легкости

ее

нанесения

и

у д а ­

ления при высоком качестве разделительного

слоя

на

контакт ­

ной поверхности.

Следует отметить, что для более эффективного

использова­

ния комбинированной вытяжки сталей и

латуней

необходимо

иметь не только стойкие технологические

смазки

и

вытяжной-

инструмент из твердых

сплавов,

но и р а з р а б о т а т ь систему

о х л а ­

ж д е н и я

рабочей зоны

штампа,

например,

распыленными

сма-

зочно - охлаждающими

жидкостями по типу

применяемых

в

раз ­

делительных операциях [27] или непрерывной подачей

о х л а ж ­

денной

эмульсии.

Г л а в а V I . КОНСТРУКЦИИ

ШТАМПОВ

Д Л Я КОМБИНИРОВАННОЙ

ВЫТЯЖКИ

1. ОБЩАЯ МЕТОДИКА

РАСЧЕТА

ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ

ПАРАМЕТРОВ

РАБОЧИХ

ЧАСТЕЙ

ШТАМПОВ

Р а д и а л ь н ы е

матрицы . Совмещение значительных д е ф о р м а ­

ной в ы т я ж к е

предъявляет

высокие требования к

геометрии

ра­

бочих частей

в ы т я ж н ы х

штампов .

Этим

требованиям

меньше всего

удовлетворяет традицион­

н а я геометрия вытяжной

матрицы с

радиальной

заходной

ча­

с т ь ю , наиболее

широко

используемая

дл я вытяжки . Н о

дл я

некоторых типов

деталей

(например,

с

плоским

фланцем)

при­

менение

м а т р и ц

с радиальным профилем неизбежно . Д л я

рас­

ватели рекомендуют эмпирические

соотношения

типа Ян —

= (6-f-10)so. Т а к а я величина радиуса

вызывает

значительное

приемлемо . Более благоприятные условия

(с расчленением на

стадии)

как при

вытяжке, та к и при комбинированной

в ы т я ж к е

обеспечивает матрица с радиусом, вычисленным

по

форму­

ле (37).

Одноконусные

матрицы . Д л я первого

перехода

в ы т я ж к и

весьма

эффективным является конический

профиль

вытяжной

применения таких матриц

при

в ы т я ж к е заготовок с большой

относительной толщиной,

не

требующих с к л а д к о д е р ж а т е л я

134,

41].

Як

1 1

1

mj-ПЧ

и

И с п о л ь з у е м ые

иногда

в

практике

конструктивно

принятые

п а р а м е т р ы конических матриц д л я

первой в ы т я ж к и с

плоским

•складкодержателем

(рис.

57)

создают

весьма т я ж е л ы е

условия

деформации, т а к как м а л а я

высота

конической части

приводит

к сложению усилий на первой

и

второй стадиях

[18].

С развитием

комбинированной

в ы т я ж к и

потребовалась

раз ­

работка штампов

оптимальной

конструкции

с

одноконусными

матрицами и плоским

с к л а д к о д е р ж а т е л е м и с двухконусными —

без с к л а д к о д е р ж а т е л я

[15]. В

этих ш т а м п а х

реализуется

прин­

Основными п а р а м е т р а м и

матрицы

ш т а м п а д л я

вытяжки

со

с к л а д к о д е р ж а т е л е м

(рис.

58),

о к а з ы в а ю щ и м и

существенное

в л и я н и е

на процесс д е ф о р м а ц и и

заготовки,

являются

входной

д и а м е т р

конуса

DK,

радиус

скругления

входной кромки RB,

угол

м а т р и ц ы а. Необходимо проводить расчет оптимальных

значе­

ний указанных параметров, поскольку от них зависят

условия

складкообразования

и условия для утонения.

Угол матрицы, благоприятный д л я

процесса

комбинирован­

ной в ы т я ж к и на первом переходе,

можно

определить по

соотно­

шению

(32).

Расчеты по

этой

формуле

показывают,

что при

уменьшении

у г л а

до

а « 5 ° н а п р я ж е н и я

снижаются .

Учитывая,

что

малые

у г л ы чрезмерно

увеличивают

высоту

матрицы, можно

рекомен­

довать

сс = 8-ь18°. Это согласуется

и

с

графиком,

полученным

л о методу

верхних оценок

(рис. 58,

б).

Такие

углы

матрицы удовлетворяют

и требованиям

устойчи­

вости

конического

ф л а н ц а заготовки

после

выхода его

из-под

с к л а д к о д е р ж а т е л я

(т. е. на второй стадии),

что

можно

прове­

р и т ь

по следующей

формуле:

« < a r c s i n

40sn

(10sn

+

тл

)

(102)

D

{

DZ

•

1 — т.;