Теория процессов ковки и штамповки. Учебное пособие

Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Теория процессов ковки и штамповки. Учебное пособие.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 114 5 6 7 8 9 10 11 > Следующая >>>

1.5. Операции листовой формовки



R1 R2 R

(рис. 1.21, а) и пластической деформации смежного кольцевого участка шириной R

– R2 (рис. 1.21, б).

а б

Рис. 1.21. Схема формоизменения металла при рельефной формовке:

а – на стадии деформации кольцевого участка шириной R

б – на стадии деформации кольцевого участка шириной R

– R1;

– R2

При дальнейшем опускании пуансона происходит растяжение металла

в зазоре между пуансоном и матрицей и образование разрыва.

Для устранения разрывов необходимо, чтобы заданная степень де-

формации была меньше предельной, т. е.



где L

   ,

, L1 – длина ребер до и после деформации.

100 % 0,75 15 –18 %

Если деформация превышает эту величину, то необходимо проводить формовку за несколько переходов с предварительным набором металла. Усилие для формовки ребер жесткости можно рассчитать по формуле

где k

= LS

= 0,7–1 – коэффициент, зависящий от ширины и глубины ребра.

kр,

Отбортовка. Отбортовка – это операция получения горловины

в плоской или пространственной заготовке за счет растяжения в тангенциальном направлении путем вдавливания в отверстие матрицы части заготовки с предварительно полученным отверстием. Различают два вида операции: отбортовку отверстий (внутреннюю) и отбортовку наружного контура (внешнюю).

Схема процесса отбортовки отверстий представлена на рис. 1.22. Она наиболее широко

используется в штамповочном производстве. Ее применяют взамен операции вытяжки с последующей вырубкой дна и при изготовлении деталей с большим фланцем, когда вытяжка затруднительна и требует нескольких переходов.

При величине зазора между матрицей и пуансоном z ≥ 1 реализуется

отбортовка без утонения стенок, а при z < 1 – с утонением стенок. Послед-

применяется для штамповки деталей, имеющих отверстия с высокими

няя

Г л а в а 1. Теория процессов листовой штамповки







цилиндрическими стенками. Ее особенностью является большая устойчивость процесса деформации и отсутствие разрывов и трещин. Это объясняется более благоприятной схемой напряженного состояния с наличием значительных сжимающих напряжений.

а б

Рис. 1.22. Схема внутренней отбортовки: а – до деформации; б – после деформации

Процесс деформации при отбортовке без утонения стенок характеризуется удлинением в тангенциальном направлении и уменьшением толщины материала.

В ходе формоизменения диаметральные размеры кольцевых элементов заготовки (рис. 1.22, а) увеличиваются, смещаются относительно пуансона и последовательно выходят в зазор между матрицей и пуансоном, формируя образующуюся горловину (борт). Элементы заготовки выходят на скругленную кромку пуансона, претерпевая изгиб, а затем при сходе с нее, – спрямление (рис. 1.22, б). Высота образованного борта в большей степени зависит от радиуса r закругления матрицы:

0,5 0,43 0,72

Dd r S.

С помощью этой же формулы после преобразования можно рассчитать диаметр d, если высота борта задана.

Отбортовку лучше производить при значительно увеличенном радиусе r или большой величине зазора z = (8–10) S. Большое влияние на процесс отбортовки и величину усилия оказывает форма пуансона.

Оценка возможности образования борта заданной высоты за

один

переход осуществляется с помощью коэффициента отбортовки

отб

который связан с величиной поперечного сужения ψ соотношением

1.5. Операции листовой формовки

1m . При этом расчетный коэффициент не должен превышать ми-

отб

нимально допустимого

отб

min

Величина последнего зависит от рода материала и его механических

свойств, относительной толщины заготовки



100 %

, характера обра-

ботки и состояния кромок отверстия, а также формы рабочей части пуансона. В табл. 1.3 приведены величины допустимых коэффициентов отбортовки для малоуглеродистых сталей.

Таблица 1.3

Способ

отбортовки

Сферическим пуансоном

Цилиндрическим пуансоном

Способ получения

отверстия

Сверление с зачисткой заусенцев 0,70 0,60 0,52 0,45 0,40 0,36 0,33 0,31 0,30 0,25 0,20 Пробивка в штампе 0,75 0,65 0,57 0,52 0,48 0,45 0,44 0,43 0,42 0,42 – Сверление с зачисткой заусенцев 0,80 0,70 0,60 0,50 0,45 0,42 0,40 0,37 0,35 0,30 0,25 Пробивка в штампе 0,85 0,75 0,65 0,60 0,55 0,52 0,50 0,50 0,48 0,47 –

Значение коэффициента в зависимости

от отношения d/S

100 50 35 20 15 10 8 6,5 5 3 1

Характеризуя напряженно-деформированное состояние при отбортовке (рис. 1.23), следует учитывать разноименные схемы для элементов изделия, принадлежащих краевой части борта (элемент 1) и фланцевой части (элемент 2). Если для первого элемента характерна линейная схема напряженного состояния с наличием дополнительно растягивающих напряжений, то для второго реализуется плоская схема с наличием дополнительно растягивающих

напряжений в радиальном направлении.

Схема деформированного состояния – объемная, причем деформация растяжения волокон происходит в тангенциальном направлении. Когда в кольцевом элементе 1, граничащем с отверстием, будет исчерпана устойчивая деформация равномерного удлинения и начнется локальная деформация (образование шейки), дальнейшее деформирование приведет к быстрому разрушению с образованием трещин в радиальном направлении.

Часто

при отбортовке на поверхности борта наблюдается образование кольцевой волны. Это объясняется тем, что силы, действующие на контактной поверхности по пуансону, и силы от действия напряжений σ образуют момент, стремящийся отогнуть сформированный участок борта и увеличить его диаметр. Наиболее эффективным способом устранения этого дефекта является увеличение радиуса скругления кромки пуансона. Так, при отбортовке сферическим пуансоном такой дефект исключается.

Рассмотрим схему отбортовки отверстий (рис. 1.24) и определим поле

напряжений, действующее в деформированном участке борта (рис 1.24, а).

Г л а в а 1. Теория процессов листовой штамповки







Система уравнений, включающих дифференциальное уравнение равновесия и условие пластичности, будет иметь следующий вид:

  

 









Рис. 1.23. Схема напряженно-деформированного состоянии

при отбортовке

max

а б

Рис. 1.24. Схема внутренней отбортовки с прижимом и поле напряжений:

а – формоизменение металла; б – распределение напряжений по сечению изделия

При совместном решении и интегрировании этих двух уравнений

имеем ln ( находим из граничного условия, по которому 0

 s) =  ln + C. Произвольную постоянную интегрирования

 при

r

; тогда

1.5. Операции листовой формовки





C = ln ( 

) + ln r0. После подстановки найденной произвольной постоян-

ной интегрирования и несложных преобразований получим



 



 









 

Анализ поля напряжений показывает, что радиальные напряжения σ имеют максимум у кромки матрицы и уменьшаются до нуля к кромке отверстия (рис. 1.24, б).

Для расчета усилия отбортовки отверстий цилиндрическим пуансоном рекомендуется формула

= 1,1(D  d) S

отб

Обжим. Обжим (обжимка)  это операция листовой формовки,

предназначенная для уменьшения поперечных размеров краевой части полых цилиндрических деталей (рис. 1.25). Применяется для изготовления деталей типа горловин и патронных гильз и проводится, как правило, с применением смазок. В качестве разновидностей операции можно выделить обжим трубчатых сечений (редуцирование на ротационно-обжимных машинах) и

полых деталей, производимый вертикальным давлением на

прессах.

При обжиме в конической матрице (рис. 1.25, а) заготовка заталкивается в воронкообразную рабочую полость за счет перемещения траверсы пресса. Поперечные размеры кольцевых элементов заготовки уменьшаются, а толщина стенок увеличивается. Аналогичным образом происходит формоизменение металла в матрице с криволинейной образующей (рис. 1.25, б).

а б

Рис. 1.25. Схемы обжима: а – в конической матрице;

б – в матрице с криволинейной образующей

обж

Г л а в а 1. Теория процессов листовой штамповки





Формоизменение металла при обжиме в конической матрице протекает в четыре стадии деформирования: подгибка, деформация на коническом участке матрицы за счет сил трения, свободный изгиб, спрямление элементов заготовки. Схема напряженно-деформированного состояния близка к плоской с действием двух сжимающих напряжений в радиальном



и тангенциальном σθ направлениях. Максимальные сжимающие напря-

жения

 , создаваемые в стенках заготовки усилием при перемещении

max

траверсы пресса, действуют в недеформированной части, поэтому формоизменение ограничивается возможностью потери устойчивости в этой части заготовки с образованием кольцевой волны (складки). Для предотвращения указанных выше дефектов необходим правильный выбор коэффициента

деформации при обжиме (

m . Расчетный коэффициент при этом не должен превышать мини-

обж

min

обж

) и его сопоставление с предельным

мально допустимый, который зависит от рода материала, относительной толщины, условий трения на контакте заготовки с инструментом и угла конусности матрицы. Рекомендуемые значения

m приведены в табл.

обж

min

1.4 для различных сплавов.

Таблица 1.4

Сплав Сталь 10 Латуни АМг6 Д16

обж

min

0,7–0,75 0,65–0,7 0,65–0,7 0,73–0,78

Следует отметить также, что при определенной величине относи-

тельной толщины

100%

 возможно образование и других дефектов.

При А < 0,25 складки могут появиться вдоль образующей обжатой части заготовки, а при А ≤ 2,5 возможно образование поперечных складок. Для устранения этих дефектов рекомендуется снижать контактное трение за счет применения смазок, а также оптимально выбирать угол конусности матрицы из диапазона α

= 20–25о (при наличии смазки 12–16о).

опт

Усилие обжима можно определить по формуле

обж

где k

P = DS

= 0,3–1,0 – коэффициент, зависящий от коэффициента обжима.

обж

Раздача. Раздача (растяжка) – это операция листовой формовки,

предназначенная для увеличения краевой части полой цилиндрической заготовки (рис. 1.26).

К разновидностям данной операции относится раздача коническим пуансоном, резиновым пуансоном и с помощью жидкости (гидравлическая).

1.5. Операции листовой формовки



Схема раздачи коническим пуансоном показана на рис. 1.26, а. При этом в процессе формоизменения металла реализуются следующие стадии: упругое сжатие заготовки; свободный изгиб на входе в очаг деформации и пластическая деформация краевой части заготовки; контактное деформирование на коническом участке; свободный изгиб на выходе из очага деформации и формирование участка нового

диаметра. На рис. 1.26, б показан график постадийного изменения усилия раздачи в зависимости от перемещения H пуансона.

а б

Рис. 1.26. Схема раздачи коническим пуансоном: а – формоизменение металла;

б – диаграмма изменения усилия раздачи

Степень деформации оценивается коэффициентом раздачи

и сопоставляется с предельным коэффициентом

m (табл. 1.5), завися-

.min

щим от рода материала, его относительной толщины, формы и угла конусности пуансона. Как и для всех многопереходных процессов, с целью увеличения степени деформации и восстановления пластичности металла применяют отжиг.

Таблица 1.5

Сплав Сталь 10 АМг6 Д16

.min

0,8 0,75–0,79 0,75–0,8

В процессе раздачи толщина стенки уменьшается, а толщина по

краю сформированного участка может быть определена по формуле

SSm . На величину утонения оказывает влияние схема напряженно-

Г л а в а 1. Теория процессов листовой штамповки



деформированного состояния. При этом радиальные напряжения σr по мере удаления от края заготовки возрастают и, являясь сжимающими, способствуют уменьшению утонения. А тангенциальные являются растягивающими и приводят к увеличению утонения. Первые при малых коэффициентах раздачи могут привести к потере устойчивости с образованием поперечных круговых волн в недеформированной части заготовки. Вторые при тех же условиях ведут

к разрывам с образованием трещин в продольном направлении. В связи с этим необходимо не только правильно назначать коэффициенты раздачи по переходам, но и выбирать угол конусности пу-

ансона в оптимальной области  = 15–25.

Усилие раздачи рассчитывается по формуле

P =  d S

где k

= 0,4–1,0 – коэффициент, зависящий от коэффициента раздачи.

Контрольные задачи к главе 1

Номер

задания

1 Определить усилие, прогиб и угол

скручивания при продольной резке листа толщиной 1 мм и размером

420710 мм гильотинными ножницами

2 Рассчитать усилие резки и работу де-

формации ножницами с параллельными ножами, если производится поперечная резка полосы толщиной 9 мм, размером 100300 мм

3 Определить усилие пробивки отвер-

стия диаметром 40 мм, если толщина заготовки составляет 7 мм

4 Вычислить усилие вырубки квадратной

детали толщиной 5 мм и длиной стороной 50 мм

5 Определить усилие для выбора пресса

под пробивку прямоугольного отверстия размером 6090 мм в заготовке толщиной 10 мм

6 Определить усилие для выбора пресса

под вырубку круглой детали диаметром 70 мм и толщиной 1 мм

Условие задачи

kр,

Материал

изделия

АД1 См. приложение

А2 См. приложение

Сталь 08

кп

Сталь 45 См. приложение

М1 Применяется штамповка

ВТ1-1 Применяется штамповка

Дополнительное

условие

См. приложение

на провал с использованием однопуансонного пробивного штампа простого действия без съемника

на провал с использованием однопуансонного вырубного штампа простого действия

Номер

задания

7 Определить усилие для выбора пресса

при пробивке-вырубке, если диаметр вырубаемого контура детали составляет 100 мм, диаметр пробиваемого отверстия 20 мм, толщина заготовки 4 мм

8 Рассчитать усилие одноугловой гибки

полосы шириной 50 мм и толщиной 3 мм, если расстояние между опорами составляет 60 мм

9 Вычислить усилие двухугловой гибки

с прижимом полосы шириной 100 мм и толщиной 5 мм, если радиусы закругления матрицы и пуансона одинаковы и составляют 5 мм

10 Определить усилие одноугловой гибки

в зависимости от угла гибки и построить график усилия при изменении угла от 90 до 50о через 10о для следующих параметров: толщина полосы 5 мм, ширина полосы 100 мм, радиусы закругления пуансона и матрицы 10 мм

11 Определить возможность вытяжки ци-

линдрической детали без фланца за один переход, если диаметр плоской заготовки составляет 100 мм, толщина

1,6 мм, а диаметр детали 52 мм

12 Рассчитать усилие вытяжки цилиндри-

ческой детали без фланца на третьем переходе, если диаметр цилиндрической заготовки составляет 40 мм, диаметр после перехода 32 мм, а толщина заготовки 1,5 мм

13 Определить необходимость прижима

однооперационной вытяжки, если диаметр заготовки составляет 100 мм, диаметр детали 50 мм, а толщина детали равна 2 мм

14 Вычислить усилие при вытяжке с уто-

нением стенки, если исходная толщина стенки заготовки составляет 4 мм, диаметр детали 20 мм, заданная величина зазора равна 2,5 мм

Условие задачи

Контрольные задачи

Материал

изделия

Ст3 Используется штамповка

Сталь 10 Гибка производится без

Л68 Гибка производится без

Ст3 Сопротивление металла

Л68 Вытяжка производится без

Сталь 10 Вытяжка производится без

Д16АМ Вытяжка производится без

ЛС59-1 –

Дополнительное

условие

на провал в штампе последовательного действия без прижима

калибровки

деформации принять равным 0,8 от предела прочности

утонения стенок с прижимом

утонения

Г л а в а 1. Теория процессов листовой штамповки

Номер

задания

15 Построить эпюру радиальных растяги-

вающих напряжений, действующих на фланцевой части заготовки при вытяжке, если диаметр детали 150 мм, а диаметр заготовки 100 мм

16 Построить эпюру тангенциальных

сжимающих напряжений, действующих на фланцевой части заготовки при вытяжке, если диаметр детали 200 мм, а диаметр заготовки 100 мм

17 Определить возможность формовки

ребра жесткости и усилие, если длина ребра до деформации 20 мм, после деформации 18 мм, а толщина материала

2 мм

18 Рассчитать усилие отбортовки отвер-

стия диаметром 8 мм, если диаметр борта составляет 10 мм, а толщина заготовки 4 мм

19 Определить усилие обжима трубы в

конической матрице, если толщина стенки трубы составляет 2 мм, ее диаметр 50 мм, а диаметр после обжима

35 мм

20 Определить усилие раздачи трубной

заготовки с толщиной стенки 4 мм, диаметром 100 мм, если коэффициент раздачи составил 0,75

Условие задачи

Материал

изделия

АД1 Количество точек для по-

М1 Количество точек для по-

Л68 –

А2 –

М1 –

АД1 –

Дополнительное

условие

строения эпюры принять равным пяти. Сопротивление деформации принять равным 0,8 от предела прочности материала

Контрольные вопросы и задания

1. Какие из операций относятся к листоштамповочным разделитель-

ным, а какие – к формоизменяющим?

2. Назовите стадии процесса при резке листовых металлов.

3. От каких параметров зависит усилие резки на гильотинных нож-

ницах?

4. По каким причинам усилие деформации при резке листового ме-

талла на ножницах с параллельными ножами выше, чем при резке отинных ножницах?

на гиль-

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 114 5 6 7 8 9 10 11 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]