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

вследствие образования складок и действия изгибающего момента, возникающего от изгиба заготовки на скруглении матрицы.

Согласно условиям моделирования число складок под прижи­ мом с уменьшением толщины заготовки пропорционально увеличи­ вается, а усилие нажима каждой складки пропорционально умень­ шается. При этом принимается, что зазор под прижимом между заготовкой и элементами штампа пропорционален толщине заго­ товки. Следовательно, в таком случае усилие прижима не зависит от толщины заготовки.

Однако при одинаковом усилии прижима у относительно тон­ ких заготовок будут возникать большие меридиональные -напря­ жения и большее относительное утонение заготовки во фланце.

все же требуется несколько большее удельное усилие прижима, чем для более толстых при прочих равных условиях.

С увеличением толщины заготовки дополнительные меридио­ нальные напряжения от трения под прижимом пропорционально уменьшаются [см. уравнение (57)], поэтому для штамповки тол­ стых заготовок можно принять, что удельное усилие прижима для предупреждения складкообразования не зависит от толщины заготовки.

Давление заготовки на прижим от изгибающего момента, возникающего вследствие изгиба заготовки на скруглении ма­ трицы, повышается к концу деформирования благодаря уменьше­ нию ширины фланца, т. е. плеча приложения силы, тогда как наибольшее усилие от складкообразования действует в первый период перемещения кромки фланца. Таким образом, при прибли­ женном определении усилия прижима можно исходить только из условия складкообразования.

По опытным данным, которые примерно согласуются с данными других исследователей, минимальное удельное усилие прижима

Вытяжкой с прижимом с указанным значением удельного усилия прижима [уравнение (171)] можно получать днища из заготовок:

эллиптические

Предельный размер штампуемых днищ может быть выражен также через наружный диаметр днища £ ) д н , а именно:

для стандартных эллиптических, днищ (ГОСТ 6533—68)

130

различными исследователями. Формулы для холодной и горячей вытяжки сравнительно тонкостенных днищ имеют преимуще­ ственно следующий вид:

При рассмотрении устойчивости листовой заготовки при фор­ мовке сферических элементов (см. гл. II) было установлено, что устойчивость заготовки повышается с уменьшением ширины сво­ бодного участка и что наиболее опасным моментом штамповки в отношении потери устойчивости является момент, когда диаметр контактной поверхности заготовки с пуансоном достигает диаметра нейтральной окружности. Эти два условия положены в основу

132

разработки нового способа штамповки эллиптических, сфериче­ ских и других куполообразных днищ.

Это обеспечивается вытяжкой одним пуансоном при наборе ма­ тричных колец соответствующих диаметров.

Следовательно, вытяжку заготовки при всех переходах можно производить в одном штампе обычной конструкции. Перед каждым

Рис. 51 . Вытяжка сферического днища за три перехода:

а — первый; б — второй; в — третий

переходом меняют только матричное кольцо. Это позволяет осу­ ществлять штамповку в универсальном штампе,,применяемом для обычной вытяжки более' толстостенных днищ. На первом переходе формуется центральная часть заготовки с приданием ей окон­ чательной формы и размеров, затем последовательно остальные кольцевые участки заготовки (рис. 50, 51).

Следовательно, задача разработки процесса состоит в опреде­ лении оптимальных диаметров матричных" колец по переходам и количества переходов.

133

Ширину свободного участка заготовки определяют по диаметру нейтральной окружности D 0 , который для сферических днищ может быть подсчитан по уравнению (74).

Для подтверждения теоретических значений D0 были прове­ дены эксперименты по вытяжке эллиптических и сферических днищ диаметром 200 мм из заготовок из сталей 10 и Х18Н9Т толщиной 0,4; 0,5; 0,8; 1,0; 1,2 и 1,5 мм и диаметром для эллипти­ ческих днищ 280 мм и сферических днищ 300 мм.

Усилие прижима устанавливали исходя из допустимого уто­ нения стенки днища на центральном участке, которое не должно было превышать 15%. Это соответствовало удельному усилию

Рис. 52. Схема к определению ширины свободного участка при вытяжке сферического (а) и эллиптического (б) днищ

прижима для эллиптических днищ q„ = 0,3-^-0,5 кгс/мм2 и для сферических днищ qa = 0,4ч-0,6 кгс/мм2 .

Для измерения деформаций на заготовках наносили коорди­ натную сетку. Замеры ячеек сетки до и после формовки заготовки

нейтральной окружности несколько увеличивается до момента соприкосновения ее с пуансоном. При дальнейшем деформирова­ нии диаметр нейтральной окружности не изменяется, так как трение заготовки по пуансону затрудняет протекание деформаций

Геометрическим путем получен другой граничный диаметр свободного участка-заготовки. Из точки В (рис. 52, а, б), которая является точкой соприкосновения нейтральной окружности с кон­ туром пуансона, проведена общая касательная к пуансону и матрице. Окружность соприкосновения свободного участка заго­ товки с матрицей (точка А) определяет вторую границу свободного участка.

134

Зная граничные диаметры свободного участка заготовки,

z — зазор между матрицей и пуансоном.

Диаметры матричных колец по переходам определяем следу­ ющим образом. Ширину свободного участка заготовки, соответ­ ствующую моменту совпадения диаметров контактной поверхности

Рис. 53. Схема разде­ ления свободного уча­ стка при вытяжке:

с нейтральной окружностью, разбиваем на столько частей, сколько переходов предполагается для штамповки днища. Очевидно, что ширина каждой из кольцевых частей, показанных на рис. 53, а и б, равна ширине свободного участка заготовки определенного перехода, поэтому точки деления будут соответствовать точкам соприкосновения заготовки с матричными кольцами отдельных переходов.

Ввиду того, что широтные напряжения сжатия распределены неравномерно по ширине свободного участка заготовки (указан­ ные напряжения увеличиваются от нейтральной окружности к кромке заготовки) и, кроме того, сказывается неравномерность упрочнения металла, для обеспечения одинаковых условий устой­ чивости по переходам общую ширину свободного участка заготовки разбиваем на участки с неодинаковой шириной, причем при каж­ дом последующем переходе ширину участка уменьшаем. Это учитываем введением в расчетную формулу коэффициента к, определяемого экспериментально.

135

На основании сказанного и в соответствии с рис. 52, а, б можно написать выражение для определения диаметров матрич­ ных колец:

кольца последнего перехода. В этом случае полученный при предыдущем переходе на радиусе закругления матричного кольца изгиб заготовки выправляется на последующем переходе.

Подставляя в уравнения (183) и (184) значение / из уравне­ ний (181) и (182) и г'щ — 2,5/-Ыо, находим:

для сферических днищ

за несколько переходов тонкостенных эллиптических и сфери­ ческих днищ, провели эксперименты в универсальном штампе со сменными матричными кольцами. При экспериментах процесс моделировали в соответствии с законом подобия. Пуансон был постоянным по переходам, и его диаметр равнялся Dn = 200 мм, а матричные кольца брали различного диаметра. Применяли за­ готовки с отношением b3 /s0 для двухпереходиой штамповки до 560 и для трехпереходной — до 800.

136

Центровку заготовок при первом переходе осуществляли при помощи рисок, нанесенных на поверхности матрицы, а при по­ следующих переходах — по совпадению поверхности пуансона и отштампованной заготовки.

В результате проведенных экспериментов получены оптималь­ ные значения коэффициентов k и /г' и установлены предельные диаметры заготовок для двух- и. трехпереходной штамповки (табл. 9).

По оптимальным параметрам были отштампованы днища с пре­ дельным отношением D3/s0 п р для двухпереходной и трехпереход­ ной штамповки. На поверхности от­ штампованных днищ не было выпучин и других дефектов — неровностей, а только заметны блестящие пояски— следы переходов.

При экспериментах минимальное число образцов (из сталей 10 и Х18Н10Т) для каждого типоразмера заготовок было принято пять. Все отштампованные днища получались годными.

Существенным преимуществом разработанного способа яв­ ляется возможность получения днищ в универсальном штампе, применяемом для однопереходной штамповки, что особенно важно при производстве крупногабаритных днищ, для изготовления которых применяются дорогостоящие штампы.

Вытяжку днищ за два перехода можно осуществить за один ход ползуна на прессе двойного действия с нижним цилиндром.

На рис. 54 показан штамп для двухпереходной штамповки днищ за один ход ползуна листоштамповочного гидравлического пресса усилием 1600 тс.

Вытяжку днищ производят следующим образом. Заготовку до штамповки кладут на поверхность матрицы и центруют, затем при помощи _наружного ползуна посредством прижима осуще-

. 137

ствляют прижатие заготовки к поверхности штампа. После этого пуансоном формуется центральная часть днища в подвижной матрице, выдвинутой нижним цилиндром на уровень матричного кольца и находящейся в неподвижном положении.

При дальнейшем перемещении пуансона вниз заготовка про­ талкивается через матричное кольцо, благодаря чему осуще­ ствляется формообразование остальной части днища. При этом преодолевается усилие нижнего цилиндра. Удаление днища из-под штампа производится обычным способом — выдачей вверх боковым нижним выталкивателем при выдвинутом столе.

Таким образом, предложенный способ вытяжки по частям позволяет отштамповать за два перехода в универсальном штампе эллиптических днищ с отношением Djs0 до 560 и сферических до 400, а за три перехода — эллиптических до 800 и сферических до 600. На прессе двойного действия вытяжку за два перехода можно осуществлять за один ход ползуна.

Специальные и комбинированные способы штамповки тонкостенных днищ

Для получения крупногабаритных тонкостенных днищ в раз­ ное время были предложены специальные и комбинированные способы штамповки этих деталей. Некоторые из указанных спо­ собов применяют на отдельных заводах.

Рис. 55. Двухпереходная вытяжка с предва- • рительнон формовкой ребер жесткости

5)

Рассмотрим эти способы кратко, чтобы определить целесооб­ разные области их применения.

Вытяжка заготовок с предварительно выдавленными ребрами

жесткости является наиболее близким способом к процессу обыч­ ной вытяжки.

Штамповка осуществляется за два перехода. За первый пере­ ход на плоской заготовке штампуют два кольцевых ребра жест­ кости на участке заготовки, соответствующем средине свободного ее участка при вытяжке. Иногда одновременно осуществляют отбортовку кромки (рис. 55, а). За второй переход производят вытяжку заготовки (рис. 55, б). Ребра жесткости увеличивают

139