Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Условия работы элементов вырубного штампа(А4) / Условия работы элементов вырубного штампа(А4).docx
Скачиваний:
19
Добавлен:
24.03.2015
Размер:
375.07 Кб
Скачать

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования«МАТИ – Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского»

Кафедра: «Технология производства летательных аппаратов»

УСЛОВИЯ РАБОТЫ ОСНОВНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ВЫРУБНОГО ШТАМПА

Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Проектирование заготовительно-штамповочной оснастки»

Составители: Шумакова Л.С.

Андреевская Ю.С.

Москва 2005

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«МАТИ – Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского»

Кафедра: «Технология производства летательных аппаратов»

УСЛОВИЯ РАБОТЫ ОСНОВНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ВЫРУБНОГО ШТАМПА

Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Проектирование заготовительно-штамповочной оснастки»

Составители: Шумакова Л.С.

Андреевская Ю.С.

Москва 2005

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ 5

2. УСТРОЙСТВО И РАБОТА 20

ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО ШТАМПА 20

3. ЦЕЛЬ РАБОТЫ 21

4. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ И МЕТОДИКА ЕЕ ПРОВЕДЕНИЯ 21

ЛИТЕРАТУРА 22

ВВЕДЕНИЕ

Экономическая целесообразность использования холодной штамповки в значительной мере определяется стоимостью штампов, приходящейся на единицу изделия, величина которой в основном обусловливается их стойкостью.

Помимо технологических и конструктивных параметров на стойкость штампов в значительной степени влияет на прочность деформирующих элементов- пуансонов и жесткость несущих элементов- блоков ( комплектов из верхней и нижней плиты с направляющими устройствами).

Долговечность блоков вырубных штампов определяется во многих случаях износом направляющих конструктивных элементов. При деформации верхней и нижней плит под действием усилия штамповки происходит поворот направляющих колонок и втулок и их изгиб, что вызывает появление высоких кромочных давлений, приводящих к износу направляющих деталей и снижению точности направления пуансона относительно матрицы. Особенно высокие требования к жесткости плит предъявляются твердосплавным инструментом, отличающимся большой хрупкостью.

Данная лабораторная работа преследует цель осветить вопросы, связанные с условиями работы основных конструктивных элементов вырубного штампа, теоретически исследовать и экспериментально проверить работу инструмента ( пуансона и матрицы), нижней плиты штампа и направляющих колонок.

1. Краткие теоретические основы

Для выяснения условий работы деталей вырубных штампов необходимо предварительно определить величины действующих сил.

Силы, которые испытывают детали штампа в результате давления деформируемого металла:

P– сила, необходимая для преодоления сопротивления резанию ( усилие вырубки рис.1);

Q– сила, действующая на боковые стенки матрицы или пуансона в результате давления на эти стенки торцов отходов или изделий;

N– сила, распирающая смежные режущие кромки в процессе резания (рис.1).

Рис.1. Схема действия сил при вырубке

Необходимое для вырубки или пробивки усилие зависит от длины периметра детали, толщины и механических свойств материала, величины зазора и состояния режущих кромок. При резании параллельными режущими кромками сила Pможет быть вычислена по общеизвестной формуле:

(1)

где L– длина периметра резания в мм;

S– толщина материала в мм;

- условная технологическая величина – сопротивление срезу.

(2)

Сила Nпри резании прямыми параллельными ножами может быть принята [4]

(3)

Силу Qможно принимать прямо пропорционально количеству застрявших в матрице изделий или отходов.

Величина силы Qможет определяться равенством:

(4)

где q– величина удельного давления на торце застрявшего в матрице изделия или отхода;

l– длина хорды режущей части матрицы;

n– количество изделий или отходов, застрявших в матрице.

Как же эти силы действуют на конструктивные элементы штампа?

Проверку на сжатие осуществляют с учетом продольного изгиба в следующей последовательности.

Вначале определяют коэффициент понижения допускаемого напряжениязависящий от условной гибкости пуансона и учитывающий возможную потерю устойчивости пуансона ( его продольный изгиб). Для пуансонов круглого сечения этот коэффициент зависит от параметра:

где Ln– длина рабочей части пуансона;

dn– диаметр ( по наименьшему сечению) рабочей части пуансона.

В табл.1 приведены значения коэффициента φ.

Таблица 1

μ

До 4

4÷8

8÷12

12÷16

16÷23

23÷30

φ

1,0

0,8

0,75

0,72

0,65

0,6

Далее определяют площадь Fk(мм2) контакта рабочего торца пуансона со штампуемым материалом.

Если диаметр пробиваемого отверстия соизмерим с толщиной материала, Fk ≈Fраб. Если же диаметр отверстия больше толщины, площадьFk следует принимать равной площади кольцевого пояска шириной(рис.2).

Рис.2. Эскиз к расчету пуансона

Ширина αккольцевого пояска (рис.3) зависит от отношениявеличины зазора и наличия нижнего прижима, обеспечивающего при достаточном удельном усилии контакт по всей поверхности торца пуансона. Значение αкопределяют по табл. 2.

Рис.3. Эскиз к расчету матрицы

Площадь концевого пояска

Напряжение сжатия σсж(МПа) вычисляют по формуле:

где P– технологическое усилие, воспринимаемое проверяемым пуансоном,H/

Допускаемое напряжение на сжатие для сталей У10А, У8А и т.п. после закалки и отпуска принимают 1600МПа, для стали Х12М – 1900МПа.

Таблица 2

Данные для определения ширины кольцевого пояска контакта пуансона с отходом при пробивке отверстий без прижима

при относительном зазореz/s

0,2-0,15

0,15-0,05

0,05-0,01

0,01-0,005

От 0,8 до 1,2

0,35

0,40

0,45

0,50

1,2 до 2,0

0,30

0,35

0,40

0,45

2,0 до 5,0

0,25

0,30

0,35

0,40

5,0 до 10,0

0,20

0,25

0,30

0,35

10,0 до 20,0

0,15

0,20

0,25

0,30

20,0

0,10

0,15

0,20

0,25

Длинные и тонкие вырубные и пробивные пуансоны (L˃3d) необходимо также проверить на продольный изгиб по формуле Эйлера:

(5)

где Pкр– критическая нагрузка в кг, вызывающая продольный изгиб;

Lп– длина свободной части пуансона, см;

E– модуль упругости в кг/см2(для инструментальной сталиE= 2,2·106кг/см2);

Jmin– момент инерции наименьшего сечения пуансона в см;

n– коэффициент безопасности ( для сырой сталиn= 4÷5, для закаленнойn= 2÷3).

При работе пуансона с направляющей плитой

где L12– расстояние от пуансонодержателя до середины толщины плиты.

С учетом того, что формула Эйлера действительна в условиях статической нагрузки, вводим коэффициент динамичности ɳд, тогда

Здесь ɳ = 2÷3 при установке штампа на универсальный кривошипный пресс.

Рассмотрим условие работы вырубной матрицы (рис.3).

В процессе вырубки на матрицу действуют: усилие вырубки P, распирающее усилиеN, силы трения.

Для определения напряжений, возникающих от распирающих усилий N, воспользуемся формулами Ляме для толстостенных цилиндров, находящихся под внутренним давлением и осевой нагрузкой. Причем считаем, что удельное давление

(6)

действует на пояске высотой S/2, тогда

(7)

где - главное нормальное напряжение в радиальном направлении;

-главное нормальное напряжение в тангенциальном направлении;

r- расчетный радиус матрицы;

- внутренний радиус матрицы в мм;

- наружный радиус матрицы в мм.

Напряжения от усилия вырубки:

(8)

где - наибольший радиус пояска на отходе или детали, образованный в результате смятия материала инструмента, в мм.

Для назначения жесткости верхних и нижних плит, направляющих колонок и втулок необходим расчет деформаций упругой системы штампа под действием усилий, возникающих при штамповке.

Расчет нижних и верхних плит как балок на 2-х или 4-х опорах [1] приводит к значительным погрешностям.

Рекомендуют [2] для определения толщины штамповых плит следующую методику.

Устанавливается характер основной деформации плиты – сжатие или изгиб. При этом можно исходить из следующих соображений: если плита штампа устанавливается на подштамповую плиту пресса, не имеющую отверстия, или же, если разность между диаметром такого отверстия в плите штампа не превышает 10 мм, то в этом случае плита штампа работает в основном на сжатие. При наличии в плите паза для удаления отходов и если разность между диаметром провальных отверстий в плите штампа и подштамповой плите больше 10 мм, то плита в основном работает на изгиб.

Для плит, работающих на сжатие, минимальная толщина ограничивается условием, что величина контактных напряжений на поверхности подштамповой плиты не должна превышать определенного для данного материала значения. Величину контактных напряжений можно определить по зависимостям(а и б) табл.3, выведенным из предположения, что плита штампа опирается на сплошное упругое пространство.

Таблица 3