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

Г л а в а I . ОБЩАЯ

ХАРАКТЕРИСТИКА

ПРОЦЕССОВ ГЛУБОКОЙ в ы т я ж к и

1. ХАРАКТИРИСТИКИ

ДЕФОРМАЦИИ

фициент вытяжки

т с г < 1 ( й л и

степень

в ы т я ж к и К , , =

>

1 ),

коэффициент утонения

/ п 8 < 1 ( и л и

степень

утонения

Ks=

>

> 1 )

и относительное

сокращение

площади

поперечного

сече­

ния — степень

деформации ip,

причем

степень деформации

яв­

ляется общим показателем, пригодным для оценки

любого из

рассматриваемых

процессов '.

Из

в ы р а ж е н и я

д л я

степени

деформации

комбинированной

вытяжки

•Фк =

1 — mums

(2)

можно

получить при m s = 1 формулу степени

деформации

д л я

в ы т я ж к и

Ч > в = 1 - " Ъ

(2')

а при

md~{—приближенную

формулу

степени деформации

для протяжки

% = l - m s .

(2")

Более точно степень деформации при протяжке можно опре­

делить по формуле

(2).

Однако д л я широкого использования и сравнения технико-

экономической

эффективности

различных

процессов

в ы т я ж к и

более

удачным

и универсальным критерием суммарной дефор ­

мации

является

относительная

глубина

в ы т я ж к и .

Д л я простейшего случая цилиндрической вытяжки

с

м а л ы м

радиусом закругления у дна относительная глубина

в

общем

виде запишется

1 — 1

(3)

Д о с т и ж и м а я относительная глубина вытяжки за

к а ж д ы й

Ч

= " т р

=

mdltnd._ . .

. md

;

(4)

т.

—

s

=

ms,

tns

.т.

(5)

s0

Экспериментальные

работы

по комбинированной

вытяжке,

выполненные на радиальных и конических матрицах

со складко -

д е р ж а т е л е м

и на конических

матрицах

без

с к л а д к о д е р ж а т е л я ,

показывают,

что при

предельных

значениях

ms и та

максималь ­

бину,

то

целесообразно

производить

большую

д е ф о р м а ц и ю

периметра.

В

литературе

встречаются

противоречивые толкования

коэф­

фициента

(и

степени)

в ы т я ж к и .

9.%

Одни

авторы принимают

этот

пока­

70

затель как

соотношение

внутренних

н_

6S

диаметров

заготовки

и

изделия,

I

I

I

I I

ш 6166

другие — как

соотношение

н а р у ж ­

й

ных

диаметров заготовки

и

изде­

ж

62

лия. В связи с тем, что в расчетах

и

60

размеров заготовок при

любом

ме-

м 7 *

St

56

Рис. 2. Зависимость относительной глубины

—

54

1,в

51

Н

и

степени

деформации

i|) от

величины

—

d

относительного зазора при вытяжке стали

на

радиальной и

конической

матрицах:

&

У

/ и 3 — по данным

автора (на

конической

матри­

1,2

1,1

1,0 0,9 0,8

0,7 0,6 Z.

це); 2

и 4 — по

данным Зибеля

и Коттхауса

(на

радиальной матрице)

12

на

последующих

переходах

1Щ. =

—

- ~,

•

где

dni, dn.,

da

— д и а м е т р ы

пуансонов

и s\, s,, S i - i — т о л щ и ­

ны

стенок на соответствующих

переходах.

Коэффициент

утонения,

принятый при

комбинированной вы­

т я ж к е и протяжке как отношение

номинальной толщины

стенки

изделия Si

(или

вытяжного

зазора

г») к

номинальной толщине

заготовки

Si-\(ms.

= •——

=

— —

V весьма удобен д л я

техно-

линдрическим

пуансоном з а г о т о в к и — с т а к а н а

с

постоянной

(вдоль образующей)

толщиной

стенки этот коэффициент

отра­

ж а е т действительное

утонение

стенки.

Однако

при

протяжке

такой заготовки коническим пуансоном и заготовок

с перемен­

ной толщиной

стенок

любым пуансоном,

а т а к ж е

во

всех

слу­

маций на различных этапах

процесса. Этим, по-видимому, мож ­

но объяснить противоречивость данных, приведенных

многими

исследователями

по коэффициентам утонения

(табл. 2) .

I связи с этим величину

условных

коэффициентов

необходи­

мо рассчитывать

на основе

значений

истинных

коэффициентов

утонения, учитывающих изменение толщины заготовки

в к а ж ­

дый данный момент формоизменения.

Особенно

важно

учиты­

вать истинный коэффициент

утонения

в

критические

моменты

деформации .

Формула

(3)

позволяет

разграничить

влияние

величин

де­

формации по

периметру (та)

и деформации утонения

(ms )

на

глубину вытяжки . Это можно

иллюстрировать

следующим

при­

a) mdl = 0,5;

mSl

=

0,7;

б)

mdl

= 0,7; mSl

= 0,5.

Относительная

глубина

по

формуле

(3)

соответственно

равна:

а)

Нйх

= 1,07;

б)

Hdl

=

0,52.

Коэффициент утонения rns на различных операциях

Т а б л и ц а

2

технологии

протяжки

Материал

Первач

Вторая операция

Последующие

Источник

операция

(протяжна)

операции про­

(свертка)

тяжки

Сталь

жаропрочная

0,50

(предель­

0,50

(предель­

Латунь патронная

ный)

ный)

0,50

[41]

То же

0,60

0,65—0,75

Сталь

мягкая

0,96

0,74

0,62—0,65

Латунь Л68

0,55—0,57

0,55—0,57

Сталь

мягкая

1

0,40 \

0.50) п

Латунь Л62

1

0,40

П р е .

0,50

П Р е "

[50]

Алюминий

I

М О |

дельные

0

' 5 0

1 дельные

Сталь

коррозионно-

1

стойкая

Сталь

мягкая

—

0,34

(предель­

0,34—0,4

[19]

-

ный)

Латунь

1,0

0,68

0,65—0,70

Сталь

мягкая

0,75

0,70

0,70

То же

0,40—0,45

0,55—0,65

[26, 34]

Латунь

0,30—0,40

0,40—0,5

Алюминий

0,35—0,40

0,50—0,60

Сталь

мягкая

0,71

0,70

0,73—0,75

[И

0,6—0,66

0,62

0,62—0,68*

Латунь

0,7

0,55

0,55

Сталь

мягкая

0,75

0,65

0,65

РТМ-34-65

Алюминий

0,75

0,60

0,60

Сталь

Х18Н10Т

1

0,76

0,76

[4]

Видно, что по варианту а)

производительность технологиче­

ского

процесса в 2 раза больше, хотя оба варианта

представ­

л я ю т собой комбинированную

вытяжку с одинаковой

(суммар ­

ной)

степенью деформации .

Следовательно, больший эффект

мацией

по

периметру

д а ж е при меньшей

деформации

по тол­

щине.

В

табл .

3 даны расчетные (по средним

значениям

коэффи­

циентов

деформации)

технологические параметры (по

перехо­

дам)

рассматриваемых

методов вытяжки (для низкоуглеродн-

Т а б л и ц а 3

Сравнительная характеристика

трех различных методов вытяжки [10, 34]

Вытяжка

Протяжка

Комбинированная

вытяжка

Номер перехода пытижки

I'd- %

*„. %

*„. %

"а

40—52

0 , 4 5 — 0

, 8 0

40 — 45 0 , 4 — 0 , 5 5

67—75 1,2—1,5

2 0 — 2 7

0 , 8 — 1

, 6

30 — 45 0 , 6 — 0 , 9 5

35 — 60

2,5 — 5

2. КЛАССИФИКАЦИЯ

ПРОЦЕССОВ ГЛУБОКОМ ВЫТЯЖКИ

Р а с с м а т р и в а я последовательность

формоизменения

заготов­

ки (например, на первом переходе)

при любом

из

процессов

глубокой

вытяжки, нетрудно заметить две стадии.

П е р в а я стадия формоизменения

характеризуется

простран­

ственным

изгибом

с

растяжением

заготовки

вокруг

кромок

матрицы

и пуансона,

постепенным

увеличением

поверхностей

контакта и нарастанием тех­

нологического усилия. В мо­

мент

приближения

центра

закругления

пуансона

к

уровню верхней кромки ра­

бочего пояска матрицы за­

готовка

охватывает рабочую

поверхность матрицы

(торо­

идальную

или

коническую);

при этом контуры очага пла­

стической

деформации

на

данной

стадии

полностью

определяются

(рис.

3,

а,

4, а, 5,

а).

уменьшением технологического

усилил.

В процессах с принудительным

утонением (протяжке,

ком­

бинированной

вытяжке)

между

первой

и

второй

стадиями

имеется

переходный

этап,

когда

устанавливаются

контуры

зоны

утонения

очага

деформации (рис. 3, б, 4, б, 5, б) . На

графиках

усилие — путь

это проявляется

в резком

подъеме

кривой

(уча­

сток а—в на рис. 3, 4, 5). Спрямление заготовки,

имеющее ме­

сто при вытяжке, здесь заменяется

сдвигом [9].

Как показывает

практика,

разрушение

заготовки

обычно

происходит именно

на этапе перехода первой

стадии во вторую.

менту

деформации .

Очаг деформации процесса комбинированной вытяжки в ука­

занный

момент имеет две зоны (см. рнс. 3 и 4) : / — зону вытяж ­

ки (зону утолщения) и / / — з о н у принудительного

утонения.

Р,кгс

16000

Р,кгс

шооо

6 J

120Q0

12000

WOOD

10000

8000

,al

6000

8000

t> ООО

6000

2000

ЬООО

\h„,MM 2000

30

kO hn,MM

Рис. 4. Последовательность деформи­

Рис.

5. Последовательность де­

рования заготовки при комбиниро­

формирования заготовки при про­

ванной вытяжке на конической мат­

тяжке

из

плоской

заготовки

рице без складкодержателя

(«свертка»

с утонением)

Учитывая, что m,/

== — «

0,37,

формулу

(8)

можно

перепи-

оать для

первого

е

перехода:

.

<• 1 , 3 7 - - -

•

^

'

При вытяжке вследствие сокращения периметра

заготовки

происходит

т а к ж е утолщение

ее

периферии. Чем

выше

степень

вытяжки, тем больше утолщение заготовки.

Максимальную

толщину

края

стенки

вытянутого

изделия

можно определить

по формуле

SiK = s0K-

(9)

Коэффициент

утолщения

h

в функции

коэффициента

вытяж ­

ки в общем

виде

получаем из

соотношения

*1 = ( Ч г - У .

о ° >

г д е / — показатель,

зависящий

от

наличия

анизотропии;

/ =

;

гС р — среднее

значение

коэффициента

нормальной

1 + г С р

^

анизотропии

исходного материала;/ -

— —Л;гв

— к о э ф ф и ц и е н т

нормальной

анизотропии

материала

под

углом

8 по

отношению

к направлению

прокатки

(0 = 0°;

22°30';

45°;

67°30';

90°),

полу-

1

6 °

чаемый

при

испытаниях

на

растяжение; гд

=

— ; Ь0

и

Ьх

—

1 п ^ -

ширина

образца

до

растяжения и после

него;

sq

и s.x- — толщина

о б р а з ц а

до

растяжения и после него.

В случае изотропного

материала

г е =

1, /

=

—

и

К

=

—

^ .

( Ю ' )

У

mdl

Исключить

полностью

принудительное

утонение

стенки

на

всем пути пуансона, т. е. осуществить «чистую»

вытяжку,

можно

лишь, приняв величину относительного вытяжного зазора

боль­

ше величины

коэффициента

утолщения:

следующих

величин:

y r m d i

s o

\,it

— mdi

такую вытяжку можно

назвать

полукомбинированной.

Действительно,

здесь

в

матрицу вначале втягивается н и ж ­

ний участок

стенки

толщиной меньшей, чем величина зазора, и

тельной

глубины

#<г^=0,35, в

зазор вступает утолщенная часть

заготовки

с

первоначальным

диаметром £ > Х ) , 6 Ш 0 ,

и

процесс

становится

комбинированным,

заканчиваясь протяжкой к р а я -

Учитывая,

что при этом в критический

момент

вытяжки

усилие

повышается

незначительно [32], а полезное

трение на пуансоне

увеличивается за счет уменьшенного зазора

и частично

разгру­

ж а е т опасное сечение, можно

предполагать

при

полукомбиниро­

ванной

в ы т я ж к е

увеличение

степени

в ы т я ж к и по

сравнению

с вытяжкой

без утонения и с комбинированной

вытяжкой .

автора на

конических

матрицах и экспериментальной

работой

Э. Зибеля

и Г. Коттхауса, выполненной на радиальных

матри­

цах [51].

На рис. 7 показано

изменение степени вытяжки различных

мер, дл я

низкоуглеродистой стали

( i p p « 0 , 2 ) этот

диапазон со­

ставляет

— = 1,18-5-0,85'. Расчет

по соотношению

(12) дает