книги из ГПНТБ / Мошнин Е.Н. Технология штамповки крупногабаритных деталей

Т а б л и ц а 8

Основные размеры наиболее распространенных днищ, предусмотренных ГОСТом 6533—68 (см. рис. 1)

П р и м е ч а н и я : 1. Толщина устанавливается через каждые 2 мм (напри­ мер, 4, 6, 8 и т. д . до 42 мм) .

2. Если расчет и конструктивные соображения позволяют, диаметр следует выбирать исходя из имеющихся на заводе штампов.

сечения радиальных линий с малой окружностью проводят го­ ризонтальные линии. Точки в пересечения соответствующих вертикальных и горизонтальных^линий являются точками задан­ ного эллипса. Через найден­ ные точки в проводят контур­ ную линию эллиптической

части днища.

Применяют также так на­ зываемые мелкие эллиптиче­ ские днища с отношением полуосей 1 : 3 (при изготов­ лении железнодорожных цистерн).

120

Однако в некоторых специальных случаях сферические днища изготовляют с бортом.

В связи с повышением рабочих параметров установок высо­ кого давления (давления и температуры) в отдельных случаях требуется изготовлять эллиптические и сферические днища со стенкой толщиной, значительно превышающей толщину, указанную в ГОСТе, а именно до 200—250 мм.

Кроме простых эллиптических и сферических днищ иногда выполняют днища цельноштампованными с фланцем (рис. 45, в) и с отверстиями, отбортованными во внутрь и наружу (рис. 45, г, д). Значительно реже возникает потребность в крупногабаритных куполообразных деталях, имеющих форму, отличную от эллипти­ ческих и сферических, например, форму параболлоида.

У штампованных заготовок днищ на кромке предусматри­ вается припуск для удаления торцового слоя, получающегося с дефектами в виде глубоких неровностей, и на случай возможного перекоса кромки.. Дефектный слой снимают на высоту, равную 1,0—1,5 толщины заготовки. Величина возможного перекоса за­ готовки при штамповке зависит от ряда причин — условий центри­ рования заготовки перед штамповкой, диаметра днища, несоосиой установки пуансона по отношению к матрице (неравномерный зазор между пуансоном и матрицей), допуска на диаметр выре­ занной заготовки, неравномерности нагрева заготовки в печи и неравномерного нанесения смазки по окружности матрицы. Об­ щий припуск может быть от 1,5 толщины заготовки у толстостенных днищ относительно небольшого диаметра и до 10—15 толщин за­ готовки у крупногабаритных сравнительно тонкостенных днищ.

Наиболее широко применяемым способом штамповки днищ является вытяжка. В зависимости от соотношения основных раз­ меров днища и его формы при освоении вытяжки могут возникать серьезные затруднения, связанные с необходимостью предупре­ ждения чрезмерного утонеиия стенки и появления складок и выпучин.

Для предупреждения появления или устранения перечислен­ ных дефектов применяют дополнительные меры, т. е. несколько усложняют способ вытяжки. При штамповке относительно тонко­ стенных днищ применяют также вытяжку за несколько переходов, специальные и комбинированные способы штамповки.

Толстостенные днища штампуют преимущественно в горячем состоянии, так как степень деформации на отдельных участках заготовки значительна. Иногда, например при изготовлении от­

повку. Однако холодная штамповка эффективна, если в даль­ нейшем не требуется для устранения нагартовки металла приме­ нять высокотемпературную термическую обработку, которая мо­ жет вызвать серьезные коробления тонкостенных днищ и необхо­ димость последующей правки.

121

Технология вытяжки днищ

Вытяжка эллиптических, сферических и других куполообраз­ ных днищ осуществляется в штампе, имеющем цилиндрический пуансон с рабочей торцовой поверхностью, выполненной в соот­ ветствии с внутренней поверхностью днища, и матрицу в виде протяжного кольца, рабочее ребро которого скруглено для облег­ чения затягивания заготовки в полость матрицы.

Для предупреждения образования складок во фланце заго­ товки обычно предусматривают верхний прижим, который прижи­ мает кромку заготовки к верхней плоскости матрицы в течение

всего процесса формообразования днища. Только особо толсто­ стенные днища можно штамповать без прижима.

Для штамповки днищ используют круглые плоские заготовки, вырезаемые из листового проката. Только в редких, специальных случаях для днищ и некоторых других деталей с переменной тол­ щиной стенки, увеличивающейся от кромки к центру, применяют круглые заготовки с одной плоской и одной конической или сфе­ рической поверхностями. Такие заготовки получают ковкой (рас­ каткой) или механической обработкой.

Вытяжка с верхним прижимом показана на рис. 47, а схема установки штампа под прессом—на рис. 3.

Наиболее просто вытяжку днищ осуществляют на листоштамповочных гидравлических прессах двойного действия, которые имеют также нижний вытяжной цилиндр, выдвижной стол и боко­ вой выталкиватель, установленный вне штампового пространства пресса (см. гл. V I I ) .

Пуансон / (рис. 47) крепят непосредственно к внутреннему ползуну пресса или через подкладную плиту, а корпус верхнего прижима 2— к наружному ползуну. Кольцевую матрицу 3 уста­ навливают на столе пресса с помощью опорного кольца или стоек 4, или в корпусе штампа.

Технологический процесс вытяжки следующий: нагретую в печи заготовку подают при помощи мостового крана к прессу, кладут на верхнюю плоскость штампа и центрируют по упорам. При этом

122

стол пресса находится в выдвинутом положении. РГногда для предохранения заготовки от бокового смещения в процессе фор­ мообразования применяют центрирующий штырь (см. рис. 96), заходящий перед началом деформирования в центральноеотвер­ стие в. заготовке, или центрирующий керн, если в днище отсут­ ствует центральное отверстие. Штырь или керн укрепляют в пу­ ансоне.

При протягивании заготовки пуансоном через матрицу она принимает форму пуансона.

При остывании днище сокращается по диаметру и стремится подняться вместе с пуансоном. Снятие днища с пуансона осуще­ ствляется верхним прижимом, для чего диаметр расточки в на­ жимном кольце прижима выполняют равным диаметру пуансона с небольшим зазором или специальными съемниками. Чтобы облегчить снятие днища с пуансона, его цилиндрический участок, к которому прилегает борт днища, выполняют с небольшой ко­ нусностью — примерно в 3°. После снятия с пуансона днище па­ дает в отверстие матрицы и застревает в нем.

Затем стол пресса выдвигают из штампового пространства пресса и боковым выталкивателем с помощью детали 5 днище при­ поднимают из отверстия матрицы (рис. 47, а). Обычно днище уда­ ляется со штампа при помощи мостового крана.

Для вытяжки днищ широко применяют листоштамповочные прессы простого действия, а также прессы, не имеющие выдвиж­ ного стола.

На прессах простого действия верхний прижим в виде кольца подвешивают к ползуну при помощи тяг или цепей. После центри­ рования заготовки на матрице движением ползуна опускают прижимное кольцо и усилием пресса прижимают его к заготовке. Затем крепят прижимное кольцо к матричному кольцу или кор­ пусу штампа посредством клиновых или эксцентриковых уст­ ройств.

Закрепляют прижим на штампе обычно вручную, на некото­ рых заводах применяют устройства, действующие от пневмати­ ческих цилиндров. Следует заметить, что ручной прижим не может обеспечить равномерного зажатия заготовки по диаметру матрицы и, следовательно,, возможно появление больших боковых смещений заготовки в штампе.

При отсутствии у пресса выдвижного стола вытяжку ведут «на провал». В штампе под матрицей предусматривают специаль­ ные съемники в виде штырей, выдвигаемых в радиальном направ­ лении. В конце вытяжки сформованное днище должно выходить из матричного кольца, тогда над кромкой днища выдвигают штыри съемника и при обратном ходе ползуна днище снимается с пуансона и падает на подкладную плиту или опорную подушку (рис. 47, б). Затем днище посредством лебедки или электротали выдвигается из штампа, для чего в нем с передней' стороны имеется проем.

123

При установке на заводах листоштамповочных прессов преду­ сматривают специальные средства механизации для подачи за­ готовки из печи на штамп и для удаления отштампованного днища со штампа. Некоторые примеры механизации описаны в гл. V I I .

При вытяжке днища из плоской заготовки оно получается с переменной толщиной стенки: у кромки днища толщина стенки увеличивается по сравнению с толщиной заготовки, а на среднем участке уменьшается. На рис. 48 показаны эпюры относительного утонения стенок эллиптических днищ. Значения е, указаны в про­ центах.

Рис. 48. Изменение толщины стенки штампованного эллиптического днища

Более подробно утонение стенки днищ при вытяжке рассмо­ трено в гл. П.

Утонение стенки снижает прочность днища, поэтому эта вели­ чина для деталей ответственного назначения строго регламенти­ руется техническими условиями (до 10%). Часто приходится преодолевать серьезные трудности, чтобы получить днище с до­ пустимым утонением стенки.

Стенка днища утоняется вследствие действия рабочего усилия штамповки, поэтому для уменьшения утонения стенки, в первую очередь, необходимо применять следующие меры для снижения усилия вытяжки:

1. Плоские заготовки выполнять по возможности меньшего диаметра, т. е. устанавливать минимальный припуск на диаметр за счет ужесточения допуска на диаметр плоской заготовки, большей точности центрирования заготовки .в штампе, более равномерного нагрева заготовки в.печи и равномерной смазки матрицы по окружности.

2. Назначать рабочее усилие верхнего прижима минимально возможной величины. Часто достаточно для предупреждения складкообразования прижим опускать не на заготовку, а на спе­ циальные упорные башмаки, устанавливаемые на опорном кольце

124

матрицы и имеющие высоту несколько большую толщины кромки штампуемой заготовки. При вытяжке заготовка кромкой прижи­ мается к рабочей плоскости прижима, это предупреждает появле­ ние складок во фланце.

прохождение утолщенной кромки сформованной заготовки. Зазор

Появление во фланце заготовки даже небольших складок вызывает увеличение утонения стенки днища, так как при про­ хождении в' зазоре между пуансоном и матрицей складки правятся,

По конструктивным соображениям радиус матрицы принимается

С целью уменьшения утонения стенки днища в отдельных случаях этот радиус можно увеличить до (6—8) s0.. Однако при большом радиусе скругления матрицы может возникнуть складко­ образование на кромке днища при выходе ее из прижима в конце вытяжки, а также образование «выпучин», поэтому применение матриц с большими радиусами скругления ограничено.

5. Тщательно смазывать рабочие поверхности матрицы и прижима.

Утонение стенки днища можно также снизить путем приме­ нения местного подхолаживания заготовки (центрального участка) перед штамповкой и подогревом матрицы.

Местное подхолаживание центрального участка заготовки осу­

деляемой формой пуансона. В процессе формообразования днища средние уже сформованные участки отходят от пуансона, при этом_образуются так называемые выпучины или отдулиньь

125

Выпучины вызываются изгибающими моментами, которые дей­ ствуют в заготовке в процессе вытяжки. Чаще выпучины наблю­

по центру штампа устанавливают плиту, форма выемки которой соответствует форме центрального участка днища (рис. 49, а). В конце штамповки днище прижимают пуансоном к калибровочной плите и выпучина выправляется. Для этой же цели применяют глухой штамп, т. е. штамп с матрицей, форма которой соответ­ ствует форме наружной поверхности днища (рис. 49, б). Однако глухой штамп имеет значительно большую массу и сложнее в из­ готовлении, чем штамп с кольцевой матрицей.

Основным препятствием, ограничивающим применение про­ цесса вытяжки для изготовления относительно тонкостенных

днищ, является потеря устойчивости заготовки на свободном участке между ее контактными участками с пуансоном и матрицей, т. е. образование складок (см. гл. I I ) .

С увеличением относительного диаметра заготовки или днища

вытяжки, стараются уменьшить широтные сжимающие напряже­ ния на свободном участке заготовки за счет увеличения меридио­ нальных растягивающих напряжений путем повышения усилия прижима или применения устройства перетяжных порогов, т. е. за счет мероприятий, затрудняющих перемещение фланца заго­ товки в полость матрицы.

Однако указанные меры неизбежно ведут к увеличению местных утонений стенки днища, вследствие чего их можно применять только в отдельных случаях и ограниченно.

Более радикальным является применение при вытяжке по­ следующей калибровки, для чего используют штамп с глухой матрицей. Появляющиеся в процессе формообразования детали небольшие складки выправляются в конце рабочего хода ползуна при зажатии сформованного днища между рабочими поверх­ ностями пуансона и матрицы. Выправление складок и выпучин

126

происходит более полно, если при вытяжке в горячем состоянии в конце рабочего хода давать небольшую выдержку под давлением ползуна пресса продолжительностью примерно 1 мни.

Последнее мероприятие может повысить технологические воз­ можности процесса вытяжки, т. е. предельный относительный диа­ метр до 20%. С увеличением относительного диаметра заготовки высота складок возрастает, и при калибровке получается зажим металла.

В исключительных случаях, когда необходимы особо тонко­ стенные днища из специальной стали или сплава, и при наличии штампа для толстостенных днищ такого же диаметра и формы может быть применена вытяжка с прокладками [67].

Заготовку сваривают по кромке с более толстой заготовкой — прокладкой, выполняемой из низкоуглеродистой стали. Сдвоен­ ную заготовку штампуют по обычной технологии, при этом основ­ ная заготовка располагается сверху со стороны пуансона. Приме­ няя две прокладки, располагаемые- с обеих сторон основной заго­ товки, можно отштамповать весьма тонкостенные днища.

Днища с фланцем (см. рис. 45, в) также могут быть получены вытяжкой с верхним прижимом. Незначительное отличие вы­ тяжки днищ с фланцем заключается лишь в том, что заготовка втягивается в матрицу не полностью. Остающаяся под прижимом часть фланца заготовки образует фланец днища.

Однако из-за наличия в начале деформирования у заготовки широкого фланца вытяжка происходит при больших меридио­ нальных растягивающих напряжениях, и поэтому у штампован­ ного Днища получается большее утонение стенки. Это и ограничи­

фланцем (шириной в пределах 0,1—0,15 диаметра днища). В этом случае утонение стенки не превышает 20—25%. .

При штамповке куполообразных деталей с широким фланцем из-за возникновения больших растягивающих напряжений фор­ мообразование среднего участка детали происходит полностью за счет утонения стенки, а наружный диаметр заготовки остается без изменения. Такие процессы рассмотрены в гл. IV.

Конкретные рекомендации по технологии вытяжки днищ и аналитические зависимости для определения силовых и техно­ логических параметров процесса, установленные на результатах

Специальные способы штамповки относительно тонкостенных днищ, и в том числе наиболее прогрессивный способ вытяжки по частям, рассмотрены в конце настоящей главы.

127

Определение параметров процесса вытяжки

Как установлено выше, основными особенностями процесса,

котором напряженное состояние соответствует двухосному растя­ жению, и периферийный участок, формоизменяющийся при разно­

2. Процесс вытяжки состоит из двух основных стадий, которые разграничиваются моментом начала перемещения кромки за­ готовки.

Напряженно-деформированное состояние определяется при первой стадии условиями деформирования заготовки на централь­ ном участке, при второй стадии в большей мере условиями де­ формирования во фланце. Наибольшее усилие вытяжки возникает

нию (58). Эта методика может быть распространена и на эллипти­

При вытяжке стандартных эллиптических днищ, которые имеют небольшую относительную высоту борта, утонение стенки при

можность получения днищ вытяжкой и необходимость применения дополнительных устройств, позволяющих расширить технологи­ ческие возможности этого процесса.

Предельные размеры заготовки, из которой могут быть полу­ чены днища наиболее простым способом вытяжки — вытяжкой без прижима, установлены при рассмотрении устойчивости заго­ товки во фланце (см. гл. I I ) . Для определения предельной воз­ можности получения сферических и эллиптических днищ вытяж­ кой без прижима в холодном или горячем состоянии рекомендо­ вана зависимость (120).

128

Эта зависимость справедлива для днищ из разных металлов: углеродистой и специальных сталей, дуралюмнна, красной меди и др.

Предельный относительный диаметр заготовки можно, также определить по графику (см. рис. 28).

Для стандартных эллиптических днищ, штампуемых из за­

Для сферических днищ, имеющих цилиндрический борт только для припуска на механическую обработку (D3 = l,45Df l l [ и гы = = 3s0 ), предельный диаметр заготовки

Для сферических днищ, имеющих высокий цилиндрический борт (/i = 0,2DM ; D3 = 1,7DM и rM = 4s0 ), предельный диаметр заготовки

Для получения днищ из заготовок с большими относительными диаметрами следует применять вытяжку с прижимом.

Известны рекомендации по выбору усилия прижима, но не­ сколько различные. По одним рекомендациям усилие прижима равно площади фланца, умноженной на удельное усилие, значе­ ния которого приводятся в таблицах в зависимости от металла

сти заготовки во фланце. При вытяжке заготовка под прижимом слегка гофрит, так как расстояние между рабочими плоскостями прижима и матрицы больше толщины заготовки. Зазор между заготовкой и элементами штампа образуется из-за большего утол- - щения кромки заготовки. Величина зазора небольшая, и возни­ кающие складки при дальнейшем деформировании выправляются