НАВЧАЛЬНО-МЕТОДИЧНИЙ ПОСІБНИК 2 страница

Ширина перемычек зависит от толщины штампуемого материала и его механических свойств, длины прямолинейных участков штампуемой детали, конструкции штампа, конструкции автоматической подачи заготовки и др. факторов. Рекомендации по выбору оптимальной ширины перемычек приведены в табл. П 1.13, более подробные – содержатся в справочной литературе, например, в табл. 1, 2, 3 [3].

В зависимости от расположения и ориентации деталей в заготовке различают 6 основных видов раскроя: прямой, наклонный, встречный, комбинированный, многорядный и с вырезкой перемычек (см. табл. 136 [2]).

Вырубку круглых деталей можно производить в один, два и более рядов при параллельном и шахматном их расположении. Круглые изделия диаметром свыше 150 мм обычно вырубают в один ряд, при меньших размерах выгоднее штамповать в несколько рядов в шахматном порядке.

При вырубке фигурных деталей весьма затруднительно найти рациональный способ их расположения на полосе аналитическим путем. Поэтому в этом случае пользуются графическим методом. Он заключается в том, что из плотной бумаги вырезают несколько шаблонов по размерам вырубаемой детали. Затем придают шаблонам различное расположение на полосе, строго следя за тем, чтобы между контурами, а также от края полосы оставалась перемычка, соответствующая данной толщине материала. Кроме этого, положение контуров вырубки каждого ряда (если их несколько) относительно полосы должно быть одинаковым. Расположение фигур, при котором получается наименьший расход материала на одно изделие, и определяет наивыгоднейшую схему раскроя (см. рис.3.1).

На расчетных схемах раскроя пробиваемые отверстия у детали можно не показывать, хотя их площади должны быть учтены при расчете площади детали F.

После выбора оптимального раскроя следует показать схему раскроя, отражающую технологический процесс изготовления рассматриваемых деталей (рис.3.2).

На схеме раскроя должны быть указаны размеры перемычек, шага подачи, ширины и длины полосы и заштрихованы удаляемые участки материала.

Допуски на ширину полос, нарезанных на гильотинных ножницах, и лент, получаемых на многодисковых ножницах (агрегатах продольного роспуска) см. в табл. П 1.14, П 1.15.

Рисунок 3.1 – Расчетные схемы раскроя

 

Рисунок 3.2 – Схемы раскроя: а) к штампу совмещенного действия;

б) к штампу последовательного действия.

Расчетные формулы для определения номинальной ширины полосы и значение гарантированного зазора при штамповке без бокового прижима полосы см. табл. 142, 143 [ 2 ].

 

4. ГИБКА ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

4.1. Определение длины плоской заготовки

Длина плоской заготовки определяется способом развертки детали, основанном на том, что нейтральная линия сохраняет при гибке свою первоначальную длину и расположена в местах закруглений на расстоянии x₀s от внутренней стороны детали.

, (16)

где – суммарная длина прямолинейных участков детали; – суммарная длина закругленных участков; α – угол изгиба детали, град.; r – внутренний радиус угловых закруглений; х ₀ – коэффициент, учитывающий положение нейтрального слоя (таблица 4.1).

Таблица 4.1 – Коэффициенты, учитывающие положение нейтрального слоя при гибке плоской заготовки на 90°.

	0,3	0,5	1,0	1,5	2,0	3,0	4,0	5,0
x0	0,36	0,38	0,42	0,44	0,45	0,46	0,47	0,48

Более подробная таблица для определения коэффициентов, учитывающих положение нейтрального слоя при гибке приведена на С. 179 [3]. В таблице 22 (с. 64 [2]) указаны абсолютные длины угловых закруглений в зависимости от радиусов гибки.

При гибке без закруглений или с длину исходной заготовки можно с достаточной точностью определить по следующей формуле:

, (17)

где n – количество перегибов с углом 90°; L – длина прямолинейных участков.

4.2 Определение усилия гибки

Усилие свободной одноугловой гибки F _г с достаточной для инженерных расчетов точностью определяют по эмпирической формуле

, (18)

где B – длина линии гибки, мм; s – толщина материала, мм; σ_в – предел прочности штампуемого материала, МПа; k _г – коэффициент зависящий от отношения радиуса гибки к толщине заготовки, определяемый по таблице 4.2.

Таблица 4.2 – Значения коэффициента k _г для свободной одноугловой гибки.

	kг		kг
0,1...0,2 0,2...0,25 0,25...0,3 0,3...0,4 0,4...0,5 0,5...0,6 0,6...0,7 0,7...1,0 1,0...1,2	0,70 0,66 0,60 0,56 0,54 0,50 0,48 0,43 0,38	1,2...1,5 1,5...2,0 2,0...3,0 3,0...4,0 4,0...5,0 5,0...6,0 6,0...7,0 7,0...8,0 8,0...9,0	0,34 0,31 0,25 0,20 0,15 0,13 0,11 0,10 0,08

При осуществлении гибки совместно с правкой усилие правки считают достаточным в том случае, когда дальнейшее его увеличение не приводит к повышению точности угловых размеров детали, т. е. к уменьшению пружинения. Экспериментально установлено, что оптимальное усилие правки больше усилия свободной гибки в 30...60 раз. Определяют его по формуле

, (19)

где q – удельное усилие правки, МПа; (таблица 23 С.212 [3], таблица 26 С.73 [2]); S – площадь проекции поверхности детали, соприкасающейся с пуансоном, на плоскость, перпендикулярную к направлению действия усилия, мм².

Расчетные формулы для определения усилий деформирования при других схемах гибки (двухугловая, с прижимом и пр.) приведены в таблице 23 на С.72 [2].

4.3. Расчет размеров деталей гибочных штампов

Основными видами гибки являются одноугловая (V-образная) и двухугловая (П-образная) гибка. Остальные виды так или иначе повторяют их и, соответственно, методика расчета размеров деталей для всех случаев гибки основана на методике определения размеров деталей штампов для одно- и двухугловой гибки.

Схемы и формулы для расчета размеров и конструирования деталей гибочных штампов приведены на С. 187–201 [3].

Особое внимание следует обратить на учет упругого пружинения деталей после гибки при расчете исполнительных размеров рабочих деталей штампа. Угол пружинения зависит от столь многих факторов, что рассчитать его точно не представляется возможным. Поэтому во всех случаях требуется уточнение угла пружинения опытным путем.

Упрощенные формулы для приближенного определения упругого пружинения при свободной гибке даны на С. 65–66 [2] и на С. 202 [3]. Опытные данные для ориентировочного определения углов пружинения при свободной одноугловой гибке для наиболее часто встречающихся углов гибки и штампуемых материалов приведены в табл. 14–20 на С. 204–208 [3]. Если гибка осуществляется с калибровкой, то значения, полученные для свободной гибки, следует умножать на коэффициент 0,75...0,8.

 

5. ВЫТЯЖКА ЛИСТОВОГО МАТЕРИАЛА

5.1. Определение размеров плоских заготовок

Для определения размеров заготовки при вытяжке исходят из основного закона ОМД – масса и объем металла до вытяжки равны массе и объему металла после вытяжки. В случае вытяжки деталей без преднамеренного утонения материала можно принять равенство поверхности заготовки и готовой детали, исходя из предположения, что приращение площади поверхности вытягиваемой детали из-за утонения стенки на одних участках компенсируется уменьшением площади из-за утолщения на других участках. Однако это предположение не всегда верно. В табл. 33 на С. 99 [2]. приведены коэффициенты увеличения поверхности заготовки при некоторых распространенных видах вытяжки. При расчете размеров заготовок учитывают припуски на обрезку.

Существует три метода расчета: аналитический, графический и графоаналитический. Все они приемлемы для любого вида штамповочно­го производства. Однако первый наиболее универсален и доступен для технологов и конструкторов, т.к. более точен и может быть использован ПК.

s

При вытяжке осесимметричных деталей, их площадь рассматривают как сумму площадей отдельных простых элементов детали. Как правило, это фланец, тороидальные участки у дна и фланца детали, цилиндр и плоское дно. Формулы для определения площади поверхности простых геометрических тел приведены в табл. П 1.15. В таблице 32 на С. 94 – 98 [2], а также в табл.7 на С. 235–247 [3] даны формулы для определения диаметра заготовки для наиболее часто встречающихся форм деталей.

Размеры заготовок для вытяжки деталей сложной осесимметричной формы определяют, используя правило Гюльдена-Паппуша, согласно которому площадь поверхности тела вращения, образованного кривой произвольной формы при вращении ее вокруг оси, находящейся в той же плоскости, равна произведению длины образующей на длину окружности, описанной ее центром тяжести. Подробно этот метод описан на С. 100 [2].

Рекомендуемые припуски на обрезку после вытяжки выбирают в зависимости от высоты изделия и диаметра фланца (см. табл. П 1.16, П 1.17).

Расчет заготовок следует осуществлять по средней линии.

Метод расчета и построения формы заготовки при вытяжке прямо угольных коробчатых деталей в значительной степени зависит от относительной высоты коробки Н/В (где H – высота, B – ширина коробки) и относительного радиуса углового закругления r/В. В зависимости от сочетания указанных величин наблюдается различное вытеснение металла в боковые стенки и увеличение их высоты. В.П. Романовским предложена номограмма (рис. 5.1), которая уточняет пределы применения различных методов расчета заготовок.

Рисунок 5.1 – Параметры различных случаев вытяжки

прямоугольных коробчатых деталей.

Кривые 1 и 2 указывают наибольшую высоту коробок, вытягиваемых в одну операцию при относительной толщине заготовок соответственно (s/D)100=2 и (s/D)100=0,6.

Выше этих граничных кривых находится область многооперационной вытяжки, а ниже – область однооперационной вытяжки. Последняя подразделяется на три отдельные области – ІІа, IIb, IIc по степени вытеснения металла из угловых закруглений в боковые стенки коробки.

Область IIc охватывает однооперационную вытяжку относительно высоких коробок с большими радиусами угловых закруглений. В этой области при вытяжке квадратных коробок оправдано применять заготовку круглой формы, а при вытяжке прямоугольных – заготовку овальной формы с двумя закругленными и двумя прямолинейными сторонами.

Область IIb охватывает вытяжку невысоких коробок, но с относительно большими радиусами угловых закруглений. Построение заготовки производится путем геометрической развертки коробки с корректировкой контура.

Рисунок 5.2 – Построение контура заготовки для низких

прямоугольных коробок по методу В.П.Звороно

К области ІІа относится вытяжка низких коробок с относительно малыми радиусами угловых закруглений. Построение заготовки производится путем геометрической развертки элементов коробки на плоскость по методике, предложенной В.П. Звороно, как показано на рис. 5.2.

Выполняют построение в следующем порядке (по средней линии):

1. Контур детали в плане вычерчивают в масштабе, после чего делают развертку прямолинейных участков контура детали на плоскость. Рассчитывают длину отгибаемых прямолинейных участков коробки (по формулам расчета заготовок для гибки).

2. Определяют радиус заготовки в углах R ₀, как для вытяжки четверти цилиндрического стаканчика радиусом r _у и высотой Н. При равенстве радиусов углового и донного закруглений r _у= r _д= r этот радиус равен

. (20)

В случае разных радиусов r _у и r _д

. (21)

3. Радиусом R ₀ из центра О проводят дугу АВ до пересечения с прямыми ОС и ОD, ограничивающими прямолинейные участки контура заготовки.

4. Отрезки АD и ВС делят пополам (получая точки М и N соответственно) и через эти точки проводят касательные к дуге АВ.

5. Касательные, проведенные через точки М и N и прямолинейные участки контура заготовки спрямляют дугами радиусом R₀.

Данный способ построения контура заготовки основан на предположении, что при вытяжке происходит некоторое вытеснение металла из угловых закруглений в стенки и недостаток металла (Δ MDF) компенсируется его избытком (Δ AKM).

При построении заготовок для коробок с относительно большими радиусами угловых закруглений (область ІІb рис. 5.1) необходимо учитывать вытеснение металла из угловых закруглений в боковые стенки коробки и некоторое увеличение высоты стенок. В этом случае расчет и построение заготовок ведут в следующей последовательности.

1. Определяют длину развертки прямых стенок l и радиус заготовки в углах R₀ по приведенным выше формулам.

2. Строят заготовку со ступенчатым переходом от закруглений к прямым стенкам (рис.5.3).

а) б)

Рисунок 5.3 – Построение формы заготовки для вытяжки невысоких

коробок с относительно большими радиусами угловых закруглений

(область ІІb рис. 5.1): а – для квадратной; б – для прямоугольной коробки

3. Определяют увеличенный радиус в углах развертки R ₁ = xR ₀ для компенсации металла, вытесняемого в боковые стенки. Коэффициент x зависит от относительного радиуса углового закругления и относительной высоты коробки. Определить его можно по табл. 42 [2].

4. Определяют ширину полосок h_b и h_a, отрезаемых от геометрической развертки прямых сторон для компенсации металла, перемещаемого из угловых закруглений (рис. 5.3).

Размеры h_b и h_a определяют из равенства прибавляемой поверхности четверти кольца и убавляемой поверхности полоски шириной h_b и длиной B – 2r (или h_a и А – 2r) и находят по формулам

; . (22)

Коэффициент y зависит от относительных размеров коробки.Определить его можно по табл. 43 [2].

5. Производят корректировку развертки, увеличивая радиус до R ₁ и уменьшая высоту на величину h_b и h_a.

6. По полученным размерам ширины, длины и углового радиуса развертки строят плавный контур, применяя сопрягаемые дуги окружности радиусов R_b и R_a.

Это построение применимо для для прямоугольных коробок с соотношением сторон до .

При вытяжке коробки, подвергаемой обрезке, контур заготовки можно упростить, допуская небольшое увеличение ее размеров.

При вытяжке высоких квадратных коробок, получаемых за несколько операций, а также коробок, получаемых за одну операцию, относящихся к области ІІс, в качестве заготовки используют круг.

Диаметр заготовки при этом, если r _у= r _д= r, определяют по формуле

, (23)

где Н _п – высота детали с припуском на обрезку.

Если r _у≠ r _д, используют формулу

. (24)

Прямоугольные коробки размерами А х В можно рассматривать как состоящие из двух половинок квадратных коробок шириной В, соединенных промежуточной частью размером А-В. В этом случае контур заготовки имеет форму овала, образованного двумя полуокружностями радиусом R ₀, и двумя параллельными сторонами, как показано на рис. 5.3.

5.2. Расчет технологических переходов при вытяжке

Выбор способа вытяжки и число переходов зависит от конструкции детали и пластичности материала.

Применение прижима (складкодержателя) обусловлено необходимостью предотвращения образования складок, возникающих в результате потери устойчивости заготовки при глубокой вытяжке. Однако прижим значительно увеличивает вредное сопротивление трения, а следовательно, растягивающие напряжения в опасном сечении, и ухудшает условия вытяжки. Кроме того, он усложняет конструкцию штампа.

Необходимость прижима при вытяжке и возможность выполнения вытяжки без прижима определяется условиями, приведенными в табл. П 1.18.

При вытяжке без прижима рекомендуется применять матрицы конической или криволинейной формы – по эвольвенте. В таблице П 1.19 приведены предельно допустимые коэффициенты вытяжки без прижима в матрице конической формы с углом 60°.

Рекомендуемые значения коэффициентов вытяжки с прижимом для цилиндрических деталей без фланца приведены в таблице П 1.20.

При вытяжке деталей с фланцем на первой операции вытягивается деталь с заданным по чертежу диаметром фланца (с прибавлением припуска на обрезку), на последующих производится перераспределение металла вытянутой цилиндрической части заготовки путем увеличения ее высоты и уменьшения диаметра.

Коэффициенты первой вытяжки для цилиндрических деталей с фланцем приведены в таблице П 1.21. Коэффициенты вытяжки на последующих операциях могут быть взяты равными коэффициентам вытяжки деталей без фланца.

Более подробная методика выбора коэффициентов вытяжки приведена на С. 234, 243–247 [3]. Однако надо иметь в виду, что многообразие факторов, влияющих на значение максимально допустимых коэффициентов вытяжки, приводит к необходимости их уточнения опытным путем почти в каждом случае освоения штамповки новой детали.

При расчете технологических переходов вытяжки деталей с широким фланцем необходимо помнить о том, что при многооперационной вытяжке деталей из относительно толстых заготовок нарушается условие равенства площадей заготовки и детали, так как стенка полуфабриката утолщается и ее утолщенный участок частично вытесняется во фланец. Чтобы диаметр фланца оставался неизменным и не произошел отрыв дна, на первой операции необходимо набрать больше металла, чем это следует из расчета по методу равенства поверхностей. Затем избыток равномерно распределяется по остальным операциям. На каждой операции уменьшение площади поверхности составляет 1,5...2,0% при вытяжке без проталкивания, 2...4% – с проталкиванием.

При технологических расчетах многооперационной вытяжки требуется подсчитать высоту полуфабриката на каждой операции. Эти данные необходимы для конструирования штампа, а также для определения величины хода пресса и его закрытой высоты.

Для определения высоты по переходам при вытяжке цилиндрических деталей с фланцем можно пользоваться упрощенной формулой

. (25)

Другие формулы для подсчета пооперационной высоты вытяжки деталей цилиндрической формы с фланцем, без фланца, с разными вариантами перехода от дна к стенкам приведены в табл. 49 на С.124–125 [2].

Радиусы закруглений кромок пуансонов и матриц зависят от относительной толщины материала и степени деформации. Оптимальные их значения для первой операции приведены в таблице П 1.22. На последующих операциях эти радиусы уменьшают на коэффициент 0,6...0,8 по отношению к значению радиуса на предыдущей операции.

Очевидно, что радиус закругления пуансона определяет радиус у перехода цилиндрической части детали в донную. При калибровке может быть достигнуто значительное уменьшение этого радиуса (от двух до 5 раз), однако он должен быть не менее, чем R = 0,5 s.

Разработка технологического процесса многооперационной вытяжки высоких коробчатых деталей включает наряду с другими, следующие этапы:

1) определение количества операций и выбор коэффициентов вытяжки;

2) выбор способа расчета с учетом геометрии коробки;

3) расчет формы и размеров вытяжных переходов, начиная с предпоследнего.

Количество операций определяется в зависимости от общего коэффициента вытяжки и относительной толщины материала (см. табл. 66 [2]).

Технологические расчеты и построение формы переходов для квадратных коробок различны для разной относительной толщины материала. Формулы и последовательность расчета таких коробок приведены в табл.67 [2].

При многооперационной вытяжке прямоугольных коробок в основу построения переходов положен метод расчета узкой стороны коробок как половины квадратной коробки. Последовательность расчета и необходимые формулы даны в табл.68 [2].

5.3. Расчет усилий при вытяжке

Усилие (Н) операции вытяжки цилиндрических деталей без утонения материала можно определить по формуле

, (26)

где d – диаметр вытянутой детали (по средней линии), мм; s – толщина материала, мм; σ_в – предел прочности штампуемого материала, МПа; k – коэффициент, зависящий от коэффициента вытяжки (см. табл. П 1.23).

Усилие Q прижима фланца (Н):

, (27)

где – удельное усилие прижима, МПа, определяемое по таблице П 1.24; – площадь части заготовки, зажатой между матрицей и прижимным кольцом, мм².

Для первой вытяжки цилиндрических деталей

, (28)

где D ₀ – диаметр заготовки, мм; d ₁ – наружный диаметр вытягиваемой детали, мм; r _м – радиус закругления матрицы, мм;

Для последующих вытяжек

, (29)

где d_{n -1} и d_n – диаметры полуфабрикатов на предыдущем и текущем переходах вытяжки.

Технологическое усилие операции вытяжки с прижимом будет равно

. (30)

Работа деформации А (Дж), необходимая для вытяжки, может быть вычислена по следующей формуле:

, (31)

где H _в – глубина вытяжки, мм.

Усилия вытяжки и прижима, а также работу при вытяжке некруглых деталей без утонения материала вычисляют по тем же формулам. При этом в формулу (26) вместо значения πd подставляют расчетный периметр сечения полуфабриката после данной операции. Расчетные формулы для определения усилия вытяжки конических, сферических и коробчатых деталей, а также формулу для определения усилия вытяжки с утонением цилиндрических деталей можно найти в табл. 72 [2].

5.4. Зазоры между пуансоном и матрицей. Расчет исполнительных размеров рабочих частей вытяжного штампа

Величина зазора существенно влияет на усилие и затрачиваемую работу при вытяжке, на качество вытягиваемых деталей и стойкость штампов.

При недостаточном зазоре между матрицей и пуансоном увеличиваются усилие вытяжки и напряжения в металле. При чрезмерно большом зазоре на детали могут появиться складки, а форма исказится.

При выборе размера зазора учитывают:

– точность штампуемой детали;

– толщину материала;

– утолщение края заготовки при вытяжке;

– число вытяжных операций.

Зазор при вытяжке цилиндрических деталей без утонения материала можно определять по следующим формулам (с. 287 [3]):

для стали ; (32)

для алюминия (33)

для других цветных металлов и сплавов , (32)

где s – номинальная толщина материала, мм.

Экспериментально установлены другие значения величины зазора (см. С. 183 [2]).

Однако ввиду отклонений от номинального значения толщины решение данного вопроса часто ставят в зависимость от конкретных поставок материала, характеризующегося определенными допусками.

На основании экспериментальных данных установлено, что среднее значение зазора должно составлять: при вытяжке из мягкой стали для первой операции (1,35...1,5) s; для последующих операций (1,20...1,30) s; при вытяжке из алюминия и латуни соответственно (1,3...1,40) s для первой операции и (1,29...1,25) s – для последующих операций.

Исполнительные размеры пуансона и матрицы при вытяжке опре­деляются по следующим формулам.

Если задан наружный размер детали с отрицательным допуском, то принимают:

размер матрицы

, (33)

размер пуансона

. (34).

При задании внутреннего размера с положительным допуском

, (35)

, (36)

где Δ – допуск на изготовление детали, мм; L – номинальный размер изделия, мм; z _в – односторонний зазор при вытяжке, мм; и – допуски на изготовление пуансона и матрицы (7–8 квалитет).

При расчете размеров матриц и пуансонов для вытяжки полуфабриката, полученного на промежуточных вытяжных операциях, значение Δ следует брать таким же, как для свободных размеров (14–15 квалитет), а зазор можно назначать как за счет пуансона, так и за счет матрицы.

6. ЗАДАЧИ И УПРАЖНЕНИЯ

1. Определить технологичны ли детали, представленные в вариантах 3.1; 4.3 и 8.1 (приложение 2). Если нет, то внесите изменения в конструкцию детали.

2. Проработать на технологичность конструктивные формы деталей, приведенных в вариантах 15.2; 19.1; 18.1.

3. Можно ли изготовить вытяжкой детали (варианты 38.2; 39.2)?

4. Какие изменения в конструкцию деталей следует внести, чтобы их можно было изготовить штамповкой (варианты 18.2; 21.2)?

5. Найти расчетное усилие, необходимое для разрезки листа 1,4х1000х2000 мм из стали 20 на полосы 1,4x200x1000 мм на ножницах с параллельными ножами.

6. Определить расчетное усилие отрезки полосы 2x300x1800 мм от листа 2x1200x1800 мм на гильотинных ножницах. Материал листа – алюминий A1.

7. Определить работу, затрачиваемую на отрезку полосы 3x150x1200 мм из листа 3x1200x2500 на ножницах как с параллельными ножами, так и гильотинных. Материал – сталь Ст.З.

8. Рассчитать теоретическое усилие при разрезке листа 1x900x1800 мм на полосы 1x100x1800 мм. Материал листа – сталь Юкп.

9. Определить расчетное усилие пробивки отверстия Ø15 мм в полосе из стали 20 толщиной 3 мм.