«Разработка технологического процесса формообразования заготовки способом листовой штамповки»

Задание

«Разработка технологического процесса формообразования заготовки способом листовой штамповки»

Используя данные таблицы разработать технологию формообразования заготовки (требуется вытянуть цилиндрический стакан с сопряжением боковых стенок и дна под углом 90⁰), для этого:

	Привести химический состав и механические свойства исходного материала, его технологические характеристики;
	Установить технологические операции, необходимые для получения заданной детали;
	Определить формы и размеры заготовки;
	Определить усилия вырубки;
	Определить число вытяжных операций и коэффициентов вытяжки;
	Определить усилие вытяжки на каждом этапе;
	Выбрать радиусы и закругления матриц и пуансонов;
	Выбрать штамп и указать последовательность операций, выполняемых на штампе;
	Выбрать штамповочное оборудование, изобразить кинематическую схему и описать его работу.

Расчеты по разработке технологического процесса формообразования заготовки способом листовой штамповки свести в форму, представленную в приложении 1

Методические указания к выполнению задания по обработке металлов давлением

Определение размеров заготовки при вытяжке основано на законе постоянства объема металла до и после пластической деформации. При этом используют следующие методы:

1) Метод равенства поверхностей;

2) Метод равенства объемов (если вытяжка идет с утонением стенок);

3) Метод равенства весов.

Метод равенства поверхностей используется для случая вытяжки без утонения стенок, при этом считается, что толщины стенок и днища изделия равны между собой. Сущность данного метода состоит в том, что поверхность изделия условно разделяют на ряд простых геометрических фигур и приравнивая суммы всех условных элементарных поверхностей к площади заготовки, находят ее размер. Схема разбивки цилиндрического изделия на ряд простых геометрических фигур при расчете размеров заготовки представлена на рисунке 1.

Если рассматриваемое тело состоит из n простых поверхностей, площадь которых F₁, F₂, ……, F_n, а исходная заготовка имеет форму круга, то на основе метода равенства поверхностей можно считать, что

где F₁, F₂, ……, F_n - площади простых геометрических фигур, мм²;

D - диаметр круглой заготовки, мм.

Тогда диаметр круглой заготовки можно определить по формуле

D – диаметр исходной плоской заготовки, S – толщина листа,

H – общая высота изделия, h – высота цилиндрического стакана,

h' - припуск на обрезку при выравнивании края, d_Н – наружный диаметр,

d_ВН – внутренний диаметр, d_СР – средний диаметр.

Рисунок 1 - Схема разбивки цилиндрического изделия на ряд простых геометрических фигур

Исходя из геометрических соотношений, считая поверхность цилиндра по среднему диаметру (d_СР=d_ВН+S или d_СР=d_Н-S), получаем

где F_СТ – площадь поверхности стакана, мм²,

F_ДН – площадь днища, мм²,

F_БОК – площадь стенок, мм²,

F – площадь круглой заготовки, мм,

D – диаметр исходной плоской заготовки, мм,

h – высота стакана, мм,

d_СР – средний диаметр стакана, мм

h' – припуск на обрезку при выравнивании края, мм.

Если S < 2,0 мм то расчет среднего диаметра стакана ведется по наружным (внешним) размерам детали по формуле

d_СР=d_Н-S,

если S > 2,0 мм то расчет среднего диаметра стакана ведется по внутренним размерам детали по формуле

d_СР=d_ВН+S.

Отсюда

Величина припуска h' на обрезку при выравнивании края зависит от высоты формы изделия, рода и толщины материала, а также от числа вытяжных операций. При вытяжке цилиндрического стакана высотой h = 6….150 мм величина припуска h' на обрезку составит h' = 1,2….6,5 мм, а при h = 150….200 мм величина припуска h' на обрезку рассчитывается как h' = 4..5 % от h.

Общая высота изделия, полученного вытяжкой, составит

H=S +h + h'

Рассчитываем усилие, необходимое для вырубки заготовки

где F_O – площадь среза, мм²;

П – периметр вырубаемой детали, мм,

σ_СР – сопротивление среза, МПа.

Сопротивление среза зависит от механических свойств материала заготовки и его обычно берут равным

σ_СР =(0,80….0,86)σ_В.

где σ_В – временное сопротивление материала, МПа.

Усилие вырубки зависит от ряда факторов: механических свойств материала, толщины листа, величины зазора между пуансоном и матрицей, скоростью деформирования и т.д. для учета влияния дополнительных факторов в формулу вводится дополнительный коэффициент К = 1,0 ….1,3. Тогда усилие вырубки можно рассчитать по формуле

При вырубке отделяемая часть металла, которая проходит через отверстие в матрице, является изделием, а оставшаяся часть – отходом. Схема вырубки заготовки в вырубном штампе представлена на рисунке 2.

D_П – диаметр пуансона; D_М – диаметр матрицы отверстия;

z – диаметральный зазор между пуансоном и матрицей; δ – угол скоса режущих кромок пуансона; φ – угол резания.

1 – ползун пресса, 2 – пуансон, 3 – материал, 4 – матрица, 5 – стол пресса.

Рисунок 2 – Схема вырубки заготовки в вырубном штампе

При внедрении режущих кромок пуансона на определенной глубине начинают зарождаться трещины, т.е. начинается формирование поверхности среза. Состояние поверхности среза зависит от зазора между пуансоном и матрицей z и его назначают исходя из толщины и механических свойств материала. Величины начальных зазоров при изготовлении вырубных и пробивных штампов приведены в таблице 1

Таблица 1 – Величины начальных зазоров при изготовлении вырубных и пробивных штампов (зазоры диаметральные или двухсторонние)

Толщина материала, мм	Начальный зазор, мм	Толщина материала, мм	Начальный зазор, мм
наименьший	наибольший	наименьший	наибольший
0,3	0,02	0,04	2,5	0,20	0,28
0,5	0,03	0,06	2,8	0,22	0,32
0,8	0,05	0,08	3,0	0,24	0,36
1,0	0,06	0,10	3,5	0,32	0,46
1,2	0,08	0,12	4,0	0,40	0,56
1,5	0,10	0,16	4,5	0,50	0,68
1,8	0,12	0,20		0,6	0,8
2,0	0,14	0,22		0,8	1,0
2,2	0,17	0,25		1,0	1,3

Примечания к таблице:

- наименьшие начальные зазоры являются номинальными, наибольшие начальные зазоры учитывают увеличение номинальных за счет изготовления пуансона и матрицы.

- для вырубки мягкого алюминия толщиной до 5 мм зазоры брать по нижнему пределу, а для твердых материалов (σ_В > 500 МПа) - по верхнему пределу.

Размер отверстия матрицы D_М равен номинальному размеру вырубаемого изделия D, а размер пуансона D_П меньше на величину зазора z

В зависимости от материала заготовки и глубины полого изделия процесс вытяжки может выполняться как за один проход так и за несколько. Схема операции вытяжки за один переход представлена на рисунке 3.

1 – пуансон, 2 – заготовка, 3 – матрица.

Рисунок 3 - Схема операции вытяжки за один переход

При проведении вытяжки за один переход возникающие условия деформации таковы, что каждая элементарная часть заготовки, расположенная радиально, вклинивается между соседними такими же частями и в результате этого в кольцевом направлении появляются напряжения сжатия, что приводит к образованию складок. Складки могут появиться при условии

Для предотвращения появления складок применяют прижим, который с определенной силой прижимает заготовку к плоскости матрицы. Образование складок при проведении вытяжки представлено на рисунке 4. Схема вытяжки с прижимом представлена на рисунке 5.

Рисунок 4 - Образование складок при глубокой вытяжке

1 – пуансон, 2 – прижимное кольцо, 3 – матрица

Рисунок 5 – Схема вытяжки с прижимом заготовки

Различают два вида вытяжки: без утонения стенок и с утонением. Вытяжку без утонения производят в случае штамповки глубоких изделий из тонкого материала при этом должно соблюдаться условие

где d_n-1 – диаметр полой заготовки при последней вытяжке.

При изготовлении неглубоких изделий из толстого материала должно соблюдаться следующее условие

При соблюдении перечисленных условий вытяжку можно производить без применения прижима.

При определении числа вытяжных операций всегда исходят из условия максимального использования пластических свойств металла. Для определения оптимального количества операций необходимо сделать правильный выбор коэффициентов вытяжки, который подсчитывается как отношение последующего диаметра к предыдущему

где d₁,d₂,.…..d_n – диаметры промежуточных заготовок, мм.

При этом m₁,m₂,…..m_n < 1.

Коэффициенты вытяжки устанавливают на основании проведенного опыта. Значения коэффициентов вытяжки для материалов, в зависимости от относительной толщины S/D^.100 % приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Значения коэффициентов вытяжки

коэффициент вытяжки	Значения коэффициентов вытяжки при относительной толщине S/D^.100(%)
2,0-1,5	1,5-1,0	1,0-0,5	0,5-0,2	0,2-0,06
m1	0,46-0,50	0,50-0,53	0,53-0,56	0,56-0,58	0,58-0,60
m2	0,70-0,72	0,72-0,74	0,74-0,76	0,76-0,78	0,78-0,80
m3	0,72-0,74	0,74-0,76	0,76-0,78	0,78-0,80	0,80-0,82
m4	0,74-0,76	0,76-0,78	0,78-0,80	0,80-0,82	0,82-0,84
m5	0,76-0,78	0,78-0,80	0,80-0,82	0,82-0,84	0,84-0,86

В случае если последняя операция вытяжки получилась недогруженной, то необходимо выравнить степень деформации по операциям и откорректировать коэффициенты вытяжки в сторону их некоторого увеличения.

Расчет усилия вытяжки ведется по эмпирическим формулам

- для первой операции

- для последующих операций

где k –коэффициент, учитывающий дополнительное усилие, необходимое для продавливания изделия через матрицу,

d_n-1 – диаметр предыдущий, мм,

d_n – диаметр последующий, мм.

K = 1,2…1,3.

Чтобы уменьшить концентрацию напряжений и соответственно опасность разрушения заготовки кромки заготовки и матрицы скругляются по радиусу (таблица 3).

Таблица 3 – Радиусы закруглений матрицы и пуансона вытяжного штампа

Материал	Величина радиуса закругления при толщине листа
S < 3	S = 3 - 6	S= 6 - 20
Сталь	(10 - 6)S	(6 - 4)S	(4 - 2)S
Алюминий, медь, латунь	(8 - 5)S	(5- 3)S	(3 - 1,5)S

Для первой вытяжной операции и более тонкого материала значения радиусов следует брать ближе к верхнему пределу, а для последующих и более толстого материла – к нижнему. При всех вытяжных операциях, кроме последней, радиус закругления пуансона берут равным внутреннему радиусу изделия, но не менее (3..2) S для материалов толщиной до 6 мм и не менее (2..1,5) S для материалов толщиной от 6мм до 20 мм. При назначении зазора между пуансоном и матрицей при вытяжке выбирают оптимальное значение Zв, при котором не будут образовываться складки. Величину зазора выбирают по таблице 4.

Таблица 4 – Зазоры между пуансоном и матрицей в вытяжном штампе

Материал	Величина зазора Zв, мм, при
первой операции	последующих операциях
Сталь	(1,35-1,50)S	(1,2-1,3)S
Алюминий, медь, латунь	(1,3-1,4)S	(1,20-1,25)S

Схема формообразования цилиндрического стакана представлена на рисунке 6

Рисунок 6 – Схема формообразования цилиндрического стакана

Расчетные данные по разработке технологического процесса сведены в таблицу 6.

Таблица 6 - Технологический расчет вытяжки

Расчетные данные по
№ перехода вытяжки			….	….
Коэффициент вытяжки Кв
Усилие вытяжки, Рвыт,Н
Диаметр матрицы Dм, мм	dn-1
dn
Радиальный зазор между пуансоном и матрицей z, мм
Радиус скругления матрицы Rм, мм
Радиус скругления пуансона Rп, мм

Дата добавления: 2015-08-27