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

Напряженное состояние в зоне деформации заготовки соот­ ветствует двухосному растяжению, так как давление иа контакт­ ных участках заготовки относительно мало.'В соответствующих сечениях заготовки шпротные растягивающие напряжения воз­ никают вследствие увеличения диаметра кольцевых элементов заготовки (рис. 74, а, б), а меридиональные напряжения вслед­ ствие деформирования нижележащего участка заготовки, а также трения заготовки по пуансону и ее изгиба вокруг закругления пуансона.

При отбортовке деформируемый участок заготовки прини­ мает форму пуансона (рис. 74, а). Только при применении пуан-

Рис. 74. Отбортовка сферическим пуансоном (а) и пуансоном с плоским торцом (б)

сона с плоским торцом наблюдается отход участка заготовки от торцовой плоскости пуансона вследствие действия изгибающего момента на скруглении пуансона (рис. 74, б).

Согласно энергетическому условию пластичности широтные напряжения являются максимальными и равны по всей высоте борта

по высоте борта можно легко определить из уравнения равнове­ сия (8), если не учитывать изменение толщины стенки, трения

160

Используя уравнение связи деформаций и напряжений — уравнение (12), имеем

Более подробные теоретические исследования процесса отбортовки приведены в работах Е. А. Попова [45—47]. На основании теоретических данных, подтвержденных экспериментом, уста­ новлено приближенное условие, что длина образующей при отбортовке не изменяется. Тогда, имея заданные размеры борта, можно определить радиус предварительно вырезаемого отверстия:

Приведенную приближенную зависимость, основанную на условии постоянства длины образующей, следует относить к слу­ чаю отбортовки пуансоном с плоским торцом, когда зона деформа­

участок вокруг отверстия и затем зона деформации постепенно охватывает кольцевые участки заготовки, лежащие ближе к ма­ трице. К моменту, когда зона деформации в заготовке распростра­ нится до окружности матрицы, на среднем участке заготовки де­ формации достигают уже значительной величины, вследствие чего напряжения от деформирования будут меньше. В этом случае также возникают меньшие дополнительные меридиональные на­ пряжения от изгиба заготовки по скруглению пуансона.

О зависимости меридиональных напряжений и степени дефор­ мации от формы пуансона можно судить по диаграммам измене­ ния усилия отбортовки по ходу пуансона (рис. 75). Наибольшее усилие возникает при отбортовке пуансоном с плоским торцом (рис. 75, а), при отбортовке сферическим пуансоном (рис. 75, б) усилие составляет только 60% от предыдущего, а при отбортовке параболическим пуансоном (рис. 75, в) усилие меньше в 2,5 раза. В случае применения конического пуансона усилие на значитель­ ной части рабочего хода небольшое, но затем ппкообразно уве­ личивается (рис. 75, г).

Из приведенных диаграмм усилий можно сделать вывод о том, что оптимальной формой пуансона в отношении величины воз-

никающего при отбортовке усилия является параболическая форма пуансона, но при этом высота борта получается наименьшей.

Исходя из требований, предъявляемых к изготовляемым де­ талям, как уже указывалосьjipи рассмотрении технологии отбор-

Р.пк.

-ЕЭ-

товки, за оптимальную форму пуансона для получения внутрен­ него борта у заготовок для трубных штампо-сварных отводов и других аналогичных деталей (см. рис. 69, а) следует считать

162

тяжению, можно было бы принять за предельную степень дефор­ мации кромки борта наибольшее относительное равномерное удли­ нение образцов, определяемое при механических испытаниях на разрыв. Однако заводской опыт и эксперименты показывают, что при отбортовке можно достичь в несколько раз большую дефор­ мацию кромки без местного утонения. Это можно объяснить под­ держивающим влиянием соседних участков заготовки, деформи­ рующихся с меньшей степенью деформации, а также наличием контактных напряжений. Кроме того, предельные значения коэф­ фициента отбортовки зависят и от относительной толщины металла:

В толстостенных заготовках отверстия вырезают преимуще­ ственно огневой резкой, которая должна выполняться без местных захватов и надрезов. После вырезки отверстия кромки должны быть зачищены. При горячей отбортовке предварительной терми­ ческой обработки кромок не требуется. При отбортовке в холод­ ном состоянии относительно тонкостенных заготовок целесооб­ разнее получать отверстие вырубкой в штампе или огневой рез­ кой и расточкой на станке. При отбортовке отверстий в крупно­ габаритных деталях вырубка и расточка отверстия затрудни­ тельны, поэтому отверстие может быть получено огневой резкой с последующей местной термической обработкой кромки. Приме­ нять термическую обработку кромки отверстия при холодной отбортовке необходимо, если требуется получить высокий патру­ бок или если деталь выполняется из высоколегированной стали.

В табл. 10 и 11 приведены предельные значения коэффициента отбортовки /го т 6 для низкоуглеродистой стали в холодном и го­ рячем состояниях [45, 69].

Наибольшее усилие отбортовки можно определить по прибли­ женной формуле, при выводе которой использованы данные, приведенные "в работе [45]:

Значения этого коэффициента следующие: при отбортовке пуан­

в случае деформирования в горячем состоянии может, быть при­ ближенно принята равной пределу прочности материала заго­

При получении патрубков диаметром, равным одной — трем тол­ щинам стенки детали, применяют отбортовку с принудительным утонением стенки. Пример применения отбортовки с утонением показан на рис. 73.

Технологические рекомендации по отбортовке с утонением

разделить на детали с двумя осями симметрии, с одной осью сим­ метрии и асимметричные. Кроме того, различают детали, имеющие основные кромки или фланец, которые расположены в одной плоскости или по криволинейной поверхности. Последняя осо­ бенность формы детали также оказывает большое влияние на спо­ соб штамповки и конструкцию штампа.

При проектировании технологических процессов штамповки сложных деталей особое внимание должно быть обращено:

на недопущение чрезмерных местных утонений стенки детали (образования утяжки);

164

на предупреждение бокового смещения заготовки в процессе формообразования детали или обеспечения стабилизации этих смещений;

на недопущение больших боковых усилий на ползуне и столе пресса;

на местоположение равнодействующей усилия штамповки, ко­ торая должна по возможности меньше смещаться от центра пресса.

Чтобы предупредить возникновение перечисленных нежела­ тельных явлений при штамповке сложных деталей, приходится идти на усложнение технологического процесса и применять штамп более сложной конструкции.

Приемы штамповки сложных деталей рассмотрены ниже в сле­ дующих разделах этой главы.

Однако прежде чем принять усложненный технологический процесс штамповки сложных деталей, особенно в случае, если требуется небольшое число деталей, следует проверить возмож­ ность приведения формы штампованной заготовки, из которой за­ тем вырезается деталь, к форме осесимметричной или с двумя осями симметрии.

Такое мероприятие можно осуществить двумя основными пу­ тями:

Штамповку выполняют обычными способами, применяемыми при изготовлении симметричных деталей, а затем из штампован­ ной заготовки вырезают несимметричную деталь.

Наиболее простым примером штамповки с технологическим напуском является вытяжка плоских отбортованных днищ или других аналогичных деталей, имеющих скошенную кромку, т. е. неодинаковую высоту борта по окружности. В таких случаях днище вытягивается с постоянной высотой борта по окружности, а з'атем технологический напуск срезается одновременно с обрез­ кой припуска.

Аналогично осуществляют штамповку деталей с фланцем неодинаковой ширины, отбортовку скошенных патрубков и дру­ гих подобных деталей.

Отходы металла при этом способе большие, поэтому примене­ ние его ограничено.

2. Штамповка общей заготовки на несколько сложных дета­

При штамповке такой заготовки, естественно, требуется штамп больших размеров, поэтому может оказаться, что штамп не соот­ ветствует штамповому пространству пресса, намеченного для проведения штамповки, и тогда приходится отказываться от при­ менения этого способа.

165

В некоторых случаях также из-за чрезмерно больших размеров штампа и, следовательно, большой его стоимости совмещенная штамповка нескольких деталей может быть экономически неэффек­ тивной по сравнению со штамповкой одной детали. Об этом сле­ дует помнить при выборе способа штамповки.

Наиболее просто можно осуществить совмещенную штамповку деталей, при смыкании кромками которых получается заготовка

L J _ L

Крупногабаритные конические переходы с прямыми участками сваривают из двух половин продольными швами. Половины штам­ пуют совместно из общей заготовки с двумя осями симметрии по кромке большего диаметра. На рис. 77 показан штамп для штам­ повки спаренной заготовки.

Штамповка деталей с двумя осями симметрии

Более просто штампуются детали с двумя осями симметрии, имеющие кромки или фланец в одной плоскости. К таким деталям в первую очередь относятся детали типа днищ с овальной или

J66

прямоугольной конфигурацией в плане. Детали прямоугольной конфигурации обычно называют коробчатыми.

Штамповка таких деталей осуществляется аналогично штам­ повке осесимметричных деталей, так как при этом также отсут­ ствуют боковые силы, смещающие заготовку и элементы штампа по отношению друг к другу. Усилие штамповки приложено в цен­ тре штампа. Существенным отличием штамповки деталей с двумя осями симметрии от штамповки осесимметричных деталей являются различные по контуру матрицы условия деформирования и не­ равномерность радиальных и тангенциальных напряжений и деформаций во фланце. В част­

В связи с этим при штам­ повке из заготовок с двумя осями симметрии могут возникнуть значительные местные измене­ ния толщины стенки детали — утонения и утолщения, а также складкообразование при значи­ тельно меньших относительных размерах деталей.

С целью выравнивания условий деформирования заготовки по контуру матрицы применяют специальные способы (аналогич­ ные способам, используемым при холодной штамповке тонкостен­ ных деталей): специальный раскрой заготовки и применение вы­ тяжных порогов на отдельных участках матрицы. Эти способы

Ко второй группе деталей с двумя осями симметрии относят детали, кромки которых расположены по криволинейным поверх­ ностям, в частности, по окружности.

Типичным представителем таких деталей является наружный и внутренний элементы штампо-сварного отвода со сварными швами на боковых сторонах. На рис. 78 показан штамп для штамповки наружного элемента отвода. Заготовку устанавливают в штамп по упорам. Первоначальное ее формоизменение происходит.в виде изгиба относительно продольной оси, затем начинается вытяжка заготовки. На деформирование концевых участков заготовки ока-

167

зывает влияние краевой эффект, выражающийся в утяжке кромки посредине и в выпирании ее по краям, вследствие чего заготовку выполняют со скошенными торцами.

При штамповке деталей с криволинейной кромкой применение прижима затрудняется, поэтому можно штамповать только отно­ сительно толстостенные детали.

Штамповка деталей с одной осью симметрии и асимметричных

При штамповке таких деталей в процессе формоизменения заготовки имеют тенденцию к боковому смещению, а асимметрич­ ные заготовки еще и к развороту. Возникают также боковые уси­ лия на пуансоне и матрице.

При проектировании процесса штамповки стремятся распо­

вводить в конструкцию штампа направляющие колонны или щеки. В отдельных случаях вынуждены применять специальные устройства и для предупреждения возникновения значительных утяжин на некоторых участках заготовки.

Для компенсации влияния краевого эффекта (утяжки ИЛИ выпирания кромки) важное значение имеет правильный выбор конфигурации плоской заготовки.

Типичным способом изготовления деталей с одной осью сим­ метрии является вытяжка половины эллиптического днища (рис. 79). Крупногабаритные днища штампуют по половинам в тем случае, если имеющийся на заводе пресс по габаритным размерам штампового пространства не позволяет штамповать днище цель­ ным.

Пуансон 1 и матрица 2 имеют форму эллипса, которая отсе­ чена вертикальной плоскостью на некотором расстоянии от диа-

168

метральиой плоскости. В матрице предусмотрена прикрепляемая болтами плита 3, которая предназначена для противодействия ши­ ротным сжимающим напряжениям в верхнем участке заготовки и для устранения утяжки ее центральной зоны. Все же местные

сонной боковой кромкой, в середине которой предусмотрен «язык». В начальный момент вытяжки язык загибается вокруг ребра пуансона и прижимается им к щеке штампа. Благодаря этому центральный участок заготовки, на котором возникает напряжен­ ное состояние двухосного растяжения, деформируется без утяжины кромки.

В данной конструкции штампа плита 3 является одновременно направляющей щекой, воспринимающей боковые усилия, которые возникают между пуансоном и матрицей. В связи с этим в штампе не предусмотрены специальные направляющие колонны или щеки.

Штамп выполнен глухим, т. е. вытяжная матрица изготовлена за одно целое с калибровочной матрицей, предназначенной для выправления неглубоких складок и выпучин.

Крупногабаритные штампуемые детали редко выполняют асимметричными. Типовыми асимметричными деталями являются лопатки мощных вентиляторов и воздуходувок, а также лопасти гидравлических турбин, которые в последнее время начали изго­ товлять штампованными.

Основная трудность при штамповке лопаток и лопастей заклю­ чается в обеспечении правильного центрирования заготовки в штампе и удержании ее-в процессе деформирования от боковых смещений.

Штамповку неглубоких сложных деталей с переменной тол­ щиной стенки целесообразно осуществлять с длительной выдерж­ кой в конце рабочего хода с целью недопущения коробления штам­ пованной заготовки при ее остывании.

При крупносерийном производстве различных деталей можно применять достаточно сложный способ штамповки; например, для изготовления котельных секционных камер, имеющих зигза­ гообразную форму с прямоугольным сечением, используют штамп с волнообразной формой рабочих поверхностей пуансона и матрицы (рис. 80, а).

Матрица имеет боковые щеки и клиновое устройство для пред­ варительного зажатия заготовки в исходном положении.

Камеры штампуют с применением жесткой оправки, состоящей из набора сухарей,.которые стянуты на штанге посредством клина. Каждый сухарь собран из четырех элементов, которые можно легко вынуть из штампованной заготовки.

Технологический процесс изготовления камеры заключается в следующем: нагретую заготовку помещают в матрицу и зажи-

169