Лекция №17

ВЫТЯЖКА

Вытяжка — операция, с помощью которой из плоской листовой заготовки получают полые пространственные детали. При вытяжке заготовка протягивается пуансоном через отверстие матрицы, в результате чего периметр заготовки уменьшается и плоская заготовка превращается в полое изделие или полуфабрикат (первый переход вытяжки), или же полый полуфабрикат получает дальнейшее умень­шение поперечных размеров при одновременном увеличении его высотных размеров (последующие переходы вытяжки). Вытяжкой получают детали различных конфигураций в плане и профилей в поперечных сечениях: осесимметричные (цилиндрические, конические, с криволинейной образующей и т.п.), имеющие плоскостную симметрию (коробчатые с плоскими боковыми стенками, сложной конфигурации типа крышки автомобиля и т.п.) и детали несиммет­ричные (крыло автомобиля и т.п.).

Величина допустимого формоизменения в каждом переходе вы­тяжки в значительной степени зависит от условий деформирования и обычно ограничивается разрушением заготовки в опасном сечении или потерей устойчивости заготовки в процессе деформирования. Потеря устойчивости приводит к появлению складок, морщин, иска­жающих форму заготовки и получаемого изделия, а иногда и к разрушению, когда образовавшиеся складки застревают в зазоре между пуансоном и матрицей.

Сложность и длительность технологического процесса получения деталей вытяжкой зависит от величины допустимого формоизменения заготовки за переход, и этот технологический параметр является основным при проектировании технологического процесса. Для оцен­ки степени влияния отдельных факторов на величину допустимого формоизменения, на усилие и работу деформирования, на возмож­ность появления тех или других дефектов в штампуемой детали необходимо иметь представление о механизме деформирования заготовки в процессе вытяжки.

Переходы вытяжки: а – первый; б – последующий

а, б – стадии вытяжки; в – напряженное состояние

Рассмотрим напряженное состояние элемента фланца при вытяжке. Можно принять, что поверхность фланца свободна от внешних воздействий и s_z » 0, т.е. плоское напряженное состояние.

Уравнение равновесия элемента заготовки и условие пластичности

.

Принимаем R = D ₀/2 и r = d /2, решив совместно, при условии r = R, s_r = 0. Получим зависимости радиального и тангенциального напряжений от координаты элемента фланца

.

В опасном сечении при r = r наибольшие радиальные напряжения

Коэффициент вытяжки

Процесс вытяжки из плоской заготовки осуществляется без разрушения при условии

, т.е. ;

Принято называть - степень вытяжки, а - коэффициент вытяжки.

. В реальных условиях . Для первого перехода вытяжки m₁ = 0,50…0,75; для последующих переходов - m₂ = 0,7…0,9.

Изменение толщины заготовки

Зная поле напряжений во фланце можно найти поле деформаций. Уравнение связи напряжений и деформаций

, при условии получим .

Условие постоянства объема , преобразуем .

Тогда или . На краю фланца r = R, s_r = 0, следовательно a = 0, , а деформация ,

где S_К и S_Н - конечная и начальная толщина элемента фланца. На кромке фланца .

, край фланца получает наибольшее утолщение .

Прижим фланца в процессе вытяжки

При вытяжке из плоской заготовки необходимость прижима фланца к матрице обусловлена потерей устойчивости под действием сжимающих тангенциальных напряжений. Условие возможности вытяжки без прижима определено Л.А.Шофманом

D – d £(18…22)S

За счет утолщения заготовки при вытяжке прижим фактически действует на край фланца. Усилие прижима существенно зависит от коэффициента вытяжки (увеличивается с ростом последнего) и от относительной толщины заготовки. Зависимость эта более сложная. С уменьшением относительной толщины заготовки вероятность потери устойчивости возрастает, но у более тонких заготовок для выпрямления складок требуется меньшее усилие. Усилие прижим обычно рассчитывают приближенно

Q = q×F

Площадь кольцевой части фланца

F = p[ R ² – (r + R _M)²]

R _M – радиус скругления кромки матрицы; q – удельная нагрузка, 0,5…3 МПа.

Действие прижима на фланец не только исключает образование складок, но и не допускает подъема фланца вследствие действия изгибающих моментов на входе в отверстие матрицы. В этом случае перемещение фланца в процессе вытяжки происходит при воздей­ствии на него усилия прижима Q, что приводит к появлению сил трения, действующих на поверхностях контакта фланца с торцем матрицы и нижней плоскостью прижима. Силы трения, действующие на фланец, а также силы трения, действующие на заготовку при ее скольжении по торообразной скругленной кромке матрицы, увеличи­вают значение максимального растягивающего напряжения, возника­ющего на границе между фланцем и образующейся стенкой вытягива­емого стакана. Кроме того, в местах резкого изменения кривизны срединной поверхности (изгиб при входе элементов заготовки на скругленную кромку матрицы и спрямление элементов заготовки при сходе их со скругленной кромки матрицы) действуют изгибающие моменты, которые также увеличивают значение максимального растягивающего напряжения, возникающего в опасном сечении.

Усилие вытяжки. Работа деформирования

В начальной стадии вытяжки усилие можно определить

P = p× d × S × s _rmax×sina

Угол изменяется от 0 до 90°, поэтому наибольшее значение усилие вытяжки возникает в момент, когда центы радиусов скругления матрицы и пуансона оказываются на одном уровне. На величину этого напряжения в условиях холодной деформации должно оказывать влияние также упрочнение металла заготовки в процессе деформирования.

На практике усилие вытяжки определяют по формуле

P = p× d × S × s _в× к,

к – поправочный коэффициент, зависящий от относительной толщины заготовки S / D, коэффициента вытяжки m и условий вытяжки – с фланцем или без фланца. Растягивающее напряжение в опасном сечении уменьшается с уменьшением коэффициента трения. Отсюда следует, что вытяжку следует обязательно выполнять с предварительным смазыванием заготовки.

Схема вытяжки в начальный период Влияние зазора на усилие вытяжки

При выборе пресса для вытяжки решающими являются, как правило, габаритные размеры штампа, а не номинальное усилие.

Работу деформирования можно определить интегрированием уравнения Р = f(h)

.

Напряжения . В этой формуле значение радиуса фланца, изменяющегося по ходу вытяжки приближенно можно найти из условия постоянства объеме заготовки

.

Сам ход решения и получаемые зависимости оказываются весьма сложными для практического использования. Работу, совершаемую прессом в процессе вытяжки на практике находят

А = Р×Н×l,

Н – высота изделия, l – коэффициент, зависящий от m.

m	0,55	0,70	0,80
l	0,80	0,70	0,64

Размеры радиусов скругления матрицы и пуансона рекомендуется принимать:

R _M = (6…10) S, R _П = (4…6) S.

Дата добавления: 2015-07-24