Лекция №21

Вытяжка с утонением (протяжка).

Вытяжка с утонением осуществляется протягиванием заготовки в виде колпачка (по­лученного вытяжкой или каким-либо другим способом) через матрицу, при этом зазор z между пуансоном и матрицей должен быть меньше толщины стенки заготовки z = (D _м- D _й)/2< S. Данным способом вытяжки получают детали с полем допуска h 9- h 12. Допуск на толщину стенки составляет 15-25 % номиналь­ной толщины стенки, допуск на высоту полуфабриката - до 15 % его высоты.

В процессе вытяжки с утонением происходит уменьшение пер­воначальной толщины стенки заготовки при относительно неболь­шом уменьшении ее диаметра. За одну операцию можно получить полуфабрикат значительно большей высоты, чем при вытяжке без утонения.

При вытяжке с утонением очаг пластической деформации находится в зоне уменьшения толщины заготовки. Он мал по сравнению с другими размерами полуфабриката и ограничен с обеих сторон упругодеформированными участками (см. рис., а).

а – очаг пластической деформации; б – схема действия внешних сил

Вытяжка с утонением происходит в условиях объемного де­формированного состояния. Однако, если учесть, что относитель­ное уменьшение диаметра мало по сравнению с деформациями в осевом (увеличение длины) и радиальном (уменьшение толщины стенки) направлениях, то без большой погрешности можно счи­тать, что вытяжка с утонением происходит в условиях плоского осесимметричного деформированного состояния.

При деформировании элементарного объема, выделенного в очаге деформации, возникают нормальные растягивающие s_r, нормальные сжимающие s_п,окружные сжимающие s_q и касатель­ные t напряжения (см. рис., а). Таким образом, при вытяжке с утонением напряженное состояние - объемное.

При вытяжке заготовка скользит относительно пуансона (вверх), в результате чего возникают контактные силы трения, действующие в направлении движения пуансона. Одновременно заготовка скользит относительно матрицы в направлении движе­ния пуансона, при этом возникают контактные силы трения, на­правленные в сторону, противоположную направлению движения пуансона.

Силы трения на поверхности контакта заготовки и пуансона разгружают опасное сечение, уменьшая растягивающие напря­жения s_r. Силы трения на поверхности контакта заготовки и матрицы способствуют увеличению растягивающих напряжений s_r.

Особенность напряженного состояния при вытяжке с утоне­нием заключается в том, что касательные напряжения т на по­верхности контакта заготовки матрицы и пуансона направлены в разные стороны и сжимающие напряжения s_r по абсолютному значению велики по сравнению с напряжениями t, s_r и s_q. Рас­смотренная особенность напряженного состояния очага пластиче­ской деформации - основная причина того, что допускаемая степень деформации при вытяжке с утонением выше, чем при вытяжке без утонения стенки.

По сравнению с обычной вытяжкой с утонением имеет следующие преимущества:

1. не требует применения сложных штампов;
2. производится на прессах простого действия;
3. число вытяжек требуется меньше для изделия с одинаковым отношением H / D;
4. качество металла в результате вытяжки и межоперационного отжига улучшается.

Структура становится мелко зернистой.

При вытяжке без утонения и при r _м > 5 s кон­тактное нормальное напряжение на кромке матрицы составляет (0,10...0,15)s_s, а при вытяжке с утонением стенки наибольшее кон­тактное напряжение может достигать напряжения текучести. Это, с одной стороны, приводит к увеличению сил трения при том же коэф­фициенте трения, а с другой стороны, увеличивает опасность налипания металла заготовки на рабочие поверхности инструмента (холод­ная сварка, вызывающая образование бугорков, наростов на инстру­менте), что приводит к появлению продольных царапин на боковых поверхностях вытягиваемой детали как внутренних (от пуансонов), так и наружных (от матрицы). Отсюда следует, что требования к смазочным материалам при вытяжке с утонением стенки должны быть более высокими, чем при вытяжке без утонения стенки.

Свойства смазочных материалов должны быть улучшены, чтобы противостоять разрыву смазочного слоя под действием значительных контактных напряжений. При вытяжке с утонением стальных загото­вок хорошие результаты обеспечивает применение фосфатирования, т.е. покрытие поверхности заготовки губчатым слоем соли фосфорной кислоты. Образующийся слой пропитывается густой мыльной эмуль­сией и после просушки заготовка поступает на вытяжку с дополни­тельным применением мыльной эмульсии. При вытяжке коррозионно-стойких сталей используют оксалатное покрытие (солями щавелевой кислоты).

Рассматривая влияние сил трения на процесс вытяжки с утонени­ем стенки, следует отметить, что некоторого увеличения допустимого утонения можно достичь, если коэффициент трения на внутренней поверхности будет несколько больше коэффициента трения на наруж­ной поверхности. Ранее было отмечено, что силы трения на внутрен­ней поверхности ориентированы к донышку заготовки и тем умень­шают растягивающие напряжения в стенках протянутой части заго­товки. Это можно обеспечить более интенсивной подачей жидкого смазочного материала на наружную поверхность заготовки. Однако слишком увеличивать коэффициент трения на внутренней поверхнос­ти заготовки недопустимо из-за опасности налипания металла заго­товки на поверхности пуансона.

Предельная степень утонения % ограничивается отрывом дна полуфабриката.

Наибольшее нормальное напряжение, действующее в осевом направлении при вытяжке с утонением

m _м, m _п - коэффициенты трения на поверхности матрицы и пуансона

Технологические расчеты.

Толщина заготовки принимается равной толщине дна детали или полуфабриката.

Диаметр заготовки определяется из условия постоянства объема деталей и заготовки.

,

g = 1,08…1,15 – коэффициент, учитывающий объем металла идущий на обрезку.

В зависимости от марки материал определяется коэффициент утонения m = S ₁/ S = 0,3…0,6.

Усилие вытяжки:

Р = p× d ×(S - S ₁)s_в× К,

для стали К = 1,8…2,25; для латуни К = 1,6…1,8.

Для сильно упрочняющихся металлов (сталь, латунь) при многопереходной вытяжке назначается разупрочняющая термообработка – отжиг.

Дата добавления: 2015-07-24