рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Листовая штамповка.

Листовая штамповка. - раздел Образование, Обработка металлов давлением Классификация Операций Листовой Штамповки. Листовая Штамповка...

Классификация операций листовой штамповки.

Листовая штамповка – процесс получения из листа, ленты, полосы изделий плоской или пространственной формы без существенного изменения толщины материала.

Все операции листовой штамповки делятся на разделительные и формообразующие.

Определение операций по ГОСТ 189 70 – 84:

Разделительные операции:

· Отрезка – полное отделение части заготовки по незамкнутому контуру.

· Разрезка – разделение заготовки на части по незамкнутому контуру.

· Вырубка – полное отделение заготовки или изделия от исходной заготовки по замкнутому контуру.

· Пробивка – образование в заготовке отверстия или аза путем сдвига с удалением части материала в отход.

· Обрезка – удаление излишков металла путем сдвига.

· Чистова вырубка – вырубка в условия всестороннего неравномерного сжатия в зоне разделения материала.

· Чистовая пробивка – пробивка в условия всестороннего неравномерного сжатия в зоне разделения материала.

· Проколка – образование в заготовке отверстия без удаления материала в отход.

· Надрезка – неполное отделение части заготовки путем сдвига.

· Зачистка – удаление технологических припусков с помощью штампа с образованием стружки для повышения точности размеров и уменьшения шероховатости поверхности штампованной заготовки.

· Высечка – полное отделение заготовки или изделия от исходной заготовки по замкнутому контуру путем внедрения инструмента.

· Просечка – образование отверстия в заготовке путем внедрения инструмента с удалением части материала в отход.

 

Формообразующие операции:

· Гибка – образование или изменение углов между частями заготовки или придание ей криволинейной формы.

· Вытяжка – образование полой заготовки или изделия из плоской или полой исходной листовой заготовки.

· Вытяжка с утонением – вытяжка полой заготовки с обусловленным уменьшением толщины стенок исходной полой заготовки без изменения ее внутреннего диаметра.

· Комбинированная вытяжка – вытяжка полой или плоской заготовки с обусловленным изменением толщины стенок и с изменением диаметра полой заготовки.

· Обтяжка – образование заготовки заданной формы путем приложения растягивающих усилий к ее краям.

· Формовка – образование рельефа в листовой заготовке за счет местных растяжений без обусловленного изменения толщины материала.

· Отбортовка – образование борта по внутреннему и (или) наружному контуру заготовки.

· Обжим – уменьшение размеров поперечного сечения части полой заготовки путем одновременного воздействия инструмента по всему периметру.

· Раздача – увеличение размеров поперечного сечения части полой заготовки путем одновременного воздействия инструмента по всему периметру.

· Скручивание – поворот части заготовки вокруг продольной оси.

· Правка – устранение искажения формы заготовки (детали) пластическим деформированием.

· Калибровка – повышение точности размеров штампованной заготовки и уменьшение шероховатости ее поверхности.

· Закатка – образование закругленных бортов на краях полой заготовки.

Материалы для листовой штамповки.

Прокат для листовой штамповки должен удовлетворять требованиям комплекса механических, технологических и эксплуатационных свойств.

В зависимости от назначения и условий работы изделия, а так же технологии штамповки металл подбирают с теми или иными механическими и технологическими характеристиками.

При разделительных операциях металлы с высоким пределом текучести дают чистый срез. Для формоизменяющих операций, наоборот, желателен низкий предел текучести, что способствует уменьшению упругих деформаций после штамповки. Глубокая вытяжка протекает тем лучше, чем больше больше относительное удлинение и чем больше разница между временным сопротивлением разрыву и пределом текучести данного металла. Достаточно хорошим отношением можно считать σтв ≤ 0,65 при относительном удлинении δ > 28 %.

Доля листовой штамповки применяют прокат черных метало, прокат цветных металлов, неметаллические материалы.

Марки листовой стали применяемые в основном для листовой штамповки:

Углеродистая обыкновенного качества Ст 0 – Ст 6

S = 0,5 – 4 мм

Листовая углеродистая качественного и

Обыкновенного качества общего назначения 05 кп -50

S = 0,2 – 3,9 Ст 0 – Ст5

Прокат тонколистовой холоднокатаной

из малоуглеродистой качественной стали 08 Ю, 08 пс,

для холодной штамповки 08 кп

S = 0,5 – 3 мм

Прокат тонколистовой из конструкционной 14 Г2, 09Г2,12ГС

низколегированной стали 16ГС, 15ГФ, 14ХГС

S = 0,5 – 3,9 мм

Листовая легированная конструкционная 60Г, 20Х, 10Г2

сталь общего назначения 25ХГСА, 30ХГСНА

S = 0,5 – 3,9

Тонколистовая коррозионно-стойкая, 08Х13, 12Х13

жаростойкая и жаропрочная 12Х17, 12Х18Н9Т

S = 0,7 – 3,9

Широко применяется двухслойный и трехслойный листовой прокат (биметалл) с основным слоем из углеродистой или низколегированной стали и плакирующего слоя из меди, латуни, алюминия, цинка, олова, свинца или коррозионностойких сталей, никеля, составляющего 10 – 25% от общей толщины листа. Применяются также металлопласты – стальные листы покрытые пластмассой.

 

Прокат сплавов цветных металлов.

Медные листы марок М1, М2, М3 используются для штамповки электротехнических изделий.

Латунные листы марок Л96, Л90 (томпак), Л80 (полутомпак), Л70, Л68, Л63, ЛС 59-1.

Листовой цинк Ц1, Ц2, Ц3, Ц4 применяют для изготовления игрушек.

Листовой свинец С1, С2, С3 и С4 используют для прокладок и в серно кислотных установках.

Бронзы для листовой штамповки применяются с содержанием олова до 7%. Бронзы марок БрОЦ4-3 и БрОФ6,5 – 0,25 применяются для штамповки плоских пружин электротехнических приборов и телефонных аппаратов. Безоловянистые алюминиевые бронзы БрА5, БрА7 применяются для изготовления специальных пружин.

Никель марок Н1, Н2, Н3 изпользуют для изготовления лабораторных приборов, химической посуды. Никелевые сплавы: мельхиор марки МН19, нейзильбер марки МНЦ15 – 20 применяют для изготовления электротехнических приборов, деталей часов, ювелирных изделий, столовых приборов.

Алюминий марок А1, А2, А3, АД и АД1 используют для деталей автомобилей и самолетов, деталей аппаратов, полых тонкостенных цилиндров, изделий домашнего обихода. Дюралюмины марок Д1, Д6, Д16 и сплав В95 широко используют в самолетостроении, для изготовления деталей моторных лодок, приборов и посуды. Сплав АМц применяют для изготовления чайных и столовых ложек. Сплав АМч используется для деталей, получаемых рельефной и неглубокой вытяжкой.

Магниево-марганцевые сплавы МА1, МА5, МА8 для штамповки вытяжкой нагревают до 360 – 380 0С. В штамповочном производстве используются титановые сплавы марок ВТ1, ВТ3, ВТ5, ВТ6 – С, ВТ8, ВТ9, ВТ10, ВТ14, ОТ4 – 1. Они малопластичны в холодном состоянии. Поэтому некоторые операции штамповки проводят с подогревом.

 

Неметаллические материалы.

Неметаллические листовые материалы, обрабатываемые штамповкой, можно разделить на 4 основные группы:

1. Пластмассы, слоистые и волокнистые пластики и термопластики гомогенной (однородной) структуры. Слоислые и волокнистые пластмассы изготовляют прессованием волокнистых материалов, пропитанных связующими материалами – смолами. К ним относятся гетинакс, текстолит, стелотекстолиты, асботекстолиты и др. К листовым материалам гомогенной структуры (термопластики) относят: органическое стекло, полистирол, винипласт, винипроз, целлулоид и др.

2. Материалы на основе бумаги и резины. Это резина, картон, эбонит, фибра. Сюда же можно отнести кожу, войлок, фетр, лакоткани и др.

3. Материалы минерального происхождения (асбест, слюда).

4. Комбинированные материалы сложной композиции (фольгированные слоистые пластики, асбостальные листы, стеклотекстолит, армированный металлической сеткой, листовые металлы, покрытые слоем полихлорвинила и др.).

 

Разделительные операции листовой штамповки.

Резка.

Резка листового материала выполняется на ножницах с возвратно-поступательным движением ножей (плоские ножи) и с вращательным движением ножей (дисковые ножи). Отделение части заготовки происходит путем деформации сдвига.

Ножи устанавливаются с некоторым зазором Z. При отрезке возникает изгибающий момент М. Изгибающий момент вызывает поворот отрезаемой заготовки, что в свою очередь вызывает возникновение расширяющих реакций N.

Для устранения возможности поворота листа предусмотрено прижимное устройство, создающее силу прижима Q.

Значение боковых распирающих реакций N составляют: при отрезке без прижима N=0,18÷0,35P; при отрезке с прижимом N=0,1÷0,2P. Под действием реакции N зазор увеличивается, что ухудшает качество среза.

Процесс отделения одной части металла от другой можно расчленить на отдельный стадии.

 

 

В начале первой стадии отрезки пластическая деформация сосредоточена у рабочих кромок ножей. По мере смыкания ножей очаги пластической деформации увеличиваются и смыкаются. Вторая стадия начинается при необратимом смещении одной части листа относительно другой. Когда ресурс пластичности будет исчерпан начинается 3-ая стадия – опережающий скол.

Каждой стадии соответствует определенный вид боковой поверхности. Зона 1 представляет собой скрученную часть листа. Зона 2 – блестящая поверхность, сглаженная силами трения, h=0,2÷0,8S. Чем мягче металл тем больше h.

Зона 3 – неровная поверхность скола. β = 4 – 6 0 – угол скола.

В зависимости от зазора и величины h трещины скалывания от верхнего и нижнего ножей могут пройти параллельно или навстречу друг другу. В последнем случае зазор будет оптимальным.

 

Zопт = (S-h) tgβ

Для мягких металлов зазор меньше, для хрупких больше. Чем толще лист, тем зазор больше.

Двусторонний зазор для разделительных штампов в % от S приведены в таблице.

S, мм Металлы при σв, МПа Неметаллические материалы
≤ 200 200-400 400-600 >600 и закаленные до HRC 45-50 Фибра, текстолит Картон, бумага, асбест
0,1-0,5 3 – 5 5 – 7 7 – 9 10 – 12 1 – 2 0,5 – 1
0,6-0,8 4 – 6 6 – 8 8 – 10 11 – 13 2 – 3 0,5 – 1
1,0-1,5 4 – 6 6 – 8 8 – 10 11 – 13 2 – 3 1 – 2
1,8-2,0 5 – 7 7 – 9 9 – 11 12 – 14 2 – 3 1 – 2
2,0-3,0 5 – 7 7 – 9 9 – 11 12 – 14 3 – 4 1 – 2
3,5-5,0 7 – 10 9 – 12 11 – 14 14 – 16 3 – 4 1 – 2
6,0-10 10 – 13 12 – 15 14 – 17 17 – 20 3 – 4 1 – 2
11-16 13 – 16 15 – 18 17 – 20 20 – 23 3 – 4 1 – 2

 

Резка на листовых гильотинных ножницах.

Используются ножницы с параллельным и наклонным расположением ножей, с механическим и гидравлическим приводом. Гидравлический привод применяется для отрезки толстого проката толщиной до 40 мм.

Преимущество ножниц с параллельным расположением ножей – металл не искривляется, недостаток – большое усилие резки. Преимущество ножниц с наклонным расположением ножей – меньшее усилие резки, недостаток – искривление металла.

Усилие отрезки на ножницах с параллельными ножами:

P = σсрLSK

где: σср – предел прочности материала при срезе, МПа, σср ≈ 0,7 – 0,8σв;

К = 1,1 – 1,3 – коэффициент, учитывающий притупление кромок ножа.

Усилие отреза на ножницах с наклонными ножами:

P = KS2σср/ 2 tgφ,

формула получена из условия, что в каждый момент времени срезается площадь листа F = S2/ 2 tgφ/

Угол φ выбирается в пределах φ = 2 – 60

Для улучшения процесса резанья у ножей затачиваются передний γ и задний α углы. α = 1,5 – 3 0. Для твердых и средней твердости материалов γ = 5 – 15 0, для мягких материалов γ = 20 – 25 0.

 

Резка на роликовых ножницах.

Отрезка осуществляется двумя дисковыми ножами равного диаметра, вращающимися с одинаковой окружной скоростью. Ножи устанавливаются с перекрытием рабочих кромок на величину d = (0,2 – 0,4)S.

 

 

Рассмотрим условия захвата листа дисковыми ножницами:

Ножи захватывают лист в том случае, если:

2Tcosα > 2Ncosβ,

т.е 2μNcosα > 2Nsinα

где: μ – коэффициент трения; α = 900 – β.

Отсюда μ ≥ tgα.

Т.о. для захвата листа ножами необходимо, чтобы тангенс угла наклона касательной к контуру ножа в точке контакта с листом был равен или меньше коэффициента трения μ (при μ = 0,2; α = 120).

Условие захвата на установившейся стадии отрезки

μ ≥ tgαср, где αср = (α + α1)/2 , тогда μ ≥ tg [(α + α1)/2]

В связи с малыми значениями α и α1 , можно принять

tg [(α + α1)/2] ≈ tg(α/2) + tg(α1/2) ≈ sin(α/2) + sin (α1/2)

Используя геометрические зависимости, получим:

R(1 – cosα) = d/2 + S/2; R(1 - cos α1) = d/2

Сделав тригонометрические преобразования, можно записать:

2Rsin2(α/2) = (d + S)/2; 2R sin21/2) = d/2

Откуда:

sin(α/2) = √(S +d)/(2√R); sin(α1/2) = √d/(2√R)

Подставив значения sin(α/2) и sin(α1/2) получим условие захвата для установившейся стадии отрезки в функции параметров S, d, R:

μ ≥ [1/(2√R)]( √(d + S) + √d)

Отсюда можно определить минимальный диаметр ножа:

2R = Дmih≥ [d + √(d + S)d + 0,5S]/ μ2

Если d = (0,2 – 0,4)S, то Д ≥ (1,0 – 1,2)(S/ μ2)

Разрезка может производиться ножами с профильными осями, с наклонным нижним ножом, с наклонными ножами.

Ножи с параллельными осями применяются для резки листов на полосы,

для резки круглых заготовок с выходом на край листа.

α < 140, b = (0,2 – 0,3)S

Размер ножей :

при S > 10 мм Д = (25 – 30)S, h = 50 – 90 мм

при S < 3 мм Д = (35 – 50)S, h = 20 – 25 мм

 

Разрезка с наклонным нижним ножом применяется для резки полос, круглых

и кольцевых заготовок.

γ = 30 - 400

Размер ножей:

при S > 10 мм Д = 20S, h = 50 – 80 мм

при S < 3 мм Д = 28S, h = 15 – 20 мм

 

 

Наклонные ножи применяются для резки круглых, кольцевых и криволинейных заготовок c малым радиусом.

a ≤ 0,2S; b ≤ 0,3S;

Размеры ножей:

при S ≥ 10мм Д = 12S, h = 40 – 60мм

при S < 5 мм Д = 20S, h = 10 -15мм

Усилие резки, действующее параллельно линии, соединяющей центры ножей, равны произведению площади очага деформации на сопротивление срезу:

P = Fσср, или P = K(S2 σср)/(4tgαср)

Отсюда:

P = KS2 σср√R/[2(√(S + d) + √d)]

Крутящий момент:

Мкр = (PД/2)sinα или М кр = 0,125 KS2 σсрДcosα

Cosα = (Д – d – S)/Д,

тогда М кр = 0,125 KS2 σср(Д – d – S)/d

Мощность электродвигателя:

N = (М кр ω)/η = (М кр πn)/30η, МВт

Где: ω – угловая скорость вращения ножа, с-1;

n – частота вращения ножей, об/мин;

М кр – крутящий момент, МН*м;

η = 0,7 – 0,8 – коэффициент полезного действия.

 

Вырубка и пробивка

Вырубкой и пробивкой получают плоские детали из листа путем деформации сдвига. Выполняется в штампах, рабочие органы которых: пуансон и матрица. Вырубка, в отличии от резки, - операция индивидуальная, т.к. инструмент соответствует форме и размером определенной детали.

Напряженное и деформированное состояние при вырубке и пробивке – объемное.

Зазор между матрицей и пуансоном можно определить так же, как и при резке.

При штамповке особенно тонкого металла S < 0,3 мм применяют беззазорные штампы.

1 – матрица

2 – пуансон, 3 – съемник

При вырубке напровал без использования прижима усилие вырубки и пробивки приближенно определяется по формуле:

где: К– коэффициент, учитывающий притупл5ение кромок пуансона и матрицы, К=1,1-1,3;

L – длина отделяемого контура;

S –толщина металла;

sср – сопротивление срезу (для малоуглеродистых сталей sср=0,7 sв).

При вырубке с прижимом усилие определяется по формуле:

где: Fм– сила трения вырубленного металла о матрицу;

Fп – сила трения металла о пуансон;

Fм + Fп= Рпр – усилие проталкивания;

Fп= Рсн – усилие съема;

где: h – высота блестящего пояска (h=0.3 S);

srп – контактные напряжения на боковой поверхности пуансона (srп»sср)

m=0,2 – коэффициент трения.

Тогда: Рсн=0,06·L·S·sср = 0.06·Рвп

Приближенно можно принять Рпр =2· Рсн

Для уменьшения усилия вырубки и пробивки применяют матрицы и пуансоны со скошенной кромкой.

 

 

Вырубка матрицей со скошенной кромкой. Пробивка пуансоном со скошенной кромкой.

При вырубке круглой заготовки формула для определения усилия Рвп имеет вид:

При Н=S

При Н=0.5 ¸1.0 S

При вырубке прямоугольной заготовки с размерами b·c формула имеет вид: b

C

При Н=S

При Н >S

Определение исполнительных размеров пуансонов и матриц вырубных и пробивных штампов.

Учитывая , что износ матрицы приводит к увеличению ее размеров, а износ пуансона –к уменьшению, номинальные размеры их задаются: минимальный –для матрицы и максимальный для пуансона.

Схема расположения полей допусков на исполнительные размеры пуансона и матрицы при вырубке круглого контура. Схема расположения полей допусков на исполнительные размеры пуансона и матрицы при пробивке круглого контура.

Z –минимальный зазор.

При штамповке металла толщиной более 2 мм. необходимо учитывать конусность боковой поверхности в результате опережающего скола. Для устранения возможности выхода размеров детали за предельное поле допуска на диаметр детали искусственно уменьшают.

Для вырубки:

Для пробивки:

Методика определения исполнительных размеров матрицы пуансона при вырубке и пробивке сложных контуров [12, стр.76-78].

Допуски на размеры матрицы и пуансона принимают приблизительно равными 25% от допуска на размер детали. При толщине листа до 3 мм – по 8-му квалитету, при толщине больше 3 мм – по 10-му квалитету. Суммарный допуск не должен превышать допуска на зазор:

Тпм£(Zmax-Zmin), причем Тп»0,5·Тм

Чистовая вырубка и пробивка. Зачистка.

Применяется для повышения точности до 8 – 11 квалитетов и чистой боковой поверхности. Производится путем пластической деформации сдвига без скола.

Первый способ.Заготовкаперед вырубкой –пробивкой сжимается кольцевым клиновидным ребром.

1. Матрица;

2. Контрпуансон;

3. Прижимное кольцо;

4. Пуансон.

Зазор должен быть малым:

Z=0.01·S+Tz

где: Z –двухсторонний зазор;

Тz – допуск на зазор (при S=2 мм, Тz= 0.005мм. При S=12 мм, Тz=0.03 мм).

При вырубке притупляется рабочая кромка матрицы, а при пробивке –пуансона радиусом r.

r =0.1¸0.6 мм при S=2¸12 мм соответственно.

Второй способ. Чистовая вырубка пуансоном больше окна матрицы. Пуансон не должен доходить до зеркала матрицы на 0.1 ¸0.15 мм.

 

b =0.1S на прямолинейных участках контура.

b=0.2S на угловых участках контура.

 

 

Зачистка производится путем снятия стружки по контуру вырубленной или пробитой детали матрицей или пуансоном.

 

Dmax равен диаметру отверстия вырубной матрицы. Dmax=DM,

Dmin равен диаметру вырубного пуансона. Dmin=Dп, а их разность равна двустороннему оптимальному зазору между матрицей и пуансоном:

Dmax-Dmin=Zопт

Полный двусторонний припуск на зачистку:

П=Z+y

Величина дополнительного припуска «у» для материалов толщиной 0.5¸10 мм:

для латуни и мягкой стали у=0.1¸0.4 мм при зазоре вырубного штампа Z=(0.05¸0.07)·S;

для стали средней твердости у=0.15¸0.5 мм при Z=(0.09¸0.11)·S;

для твердой стали у=0.15¸0.6 мм при Z=(0.12¸0.15)·S;

для гетнакса и текстолита у=(0.2¸0.5)·S.

При многократной зачистке:

П=у·(0.7N+0.3)+Z

где: N – число операций зачистки.

При этом припуск распределяется так: 60% на первую зачистку, 25¸30% на вторую зачистку, 15¸10% на третью зачистку. Зазор между матрицей и пуансоном зачистного штампа 0.008¸0.01 мм независимо от толщины и рода материала.

Усилие зачистки приближенно можно определить по формуле:

где: L –периметр зачищаемого контура;

n –число деталей находящихся одновременно в зачистной матрице.

Раскрой листового проката.

Раскрой бывает безотходным (отрезка) и с отходами материала (вырубка в штампах). При вырубке контура вырубаемых заготовок должны быть удалены друг от друга на величину технологической перемычки. Основное назначение перемычки – компенсировать погрешности подачи материала и фиксации его в штампе. Перемычка между контурами деталей называется межконтурной «а1». Перемычка между контуром детали и краем полосы называется боковой «а».

 
 


 

 

Расчет норм расхода материала при вырубке круглых деталей.

Вырубку можно производить из листа, полосы, ленты, рулона в один, два и более рядов, при параллельном или шахматном расположении.

 

 

При раскрое листа на полосы в однорядной вырубке из п­­олосы.

 


Шаг подачи: t=D+a1

Расчетная ширина полосы: bр=D+2а

1. Поперечный раскрой листа.

Число полос из листа:

bH –номинальная ширина полосы.

Число деталей из полосы:

Число деталей из листа:

Коэффициент использования листа:

Площадь детали:

2. Продольный раскрой листа.

; ; ;

коэффициент использования материала: в килограммах на 1000 деталей.

где: r -плотность материала

S –толщина листа.

 

При параллельном расположении деталей на полосе

t=D+a1, bр=n·D+2·a+(n-1)·a1

где: n –число рядов.

или

При шахматном расположении деталей на полосе

 
 


t=D+a1, bр=(D+2·a)+(n-1)·(D+a1)·cosa

где: n –число рядов.

или

Для четных рядов полученный результат уменьшают на единицу, если остаток по длине полосы

Расчет других параметров проводят как при однорядном раскрое.

При вырубке деталей непосредственно из листа:

Число рядов

где:

число деталей в нечетных рядах

в четных рядах nд уменьшают на единицу, если

Остальные показатели также как и при однорядной вырубке.

 

Расчет норм расхода металла при вырубке деталей произвольной конфигурации.

При однорядном раскрое:

Шаг подачи t равен расстоянию между центрами деталей

Вр=lн+le+2a

Для поперечного раскроя:

Для продольного раскроя:

При многорядном раскрое:

При q1=q2=…=qn

Вр=lн+lв+(n-1)·t+2a

Число деталей в нечетных рядах:

 

Поперечный раскрой:

Продольный раскрой:

Число деталей в четных рядах:

 

Поперечный раскрой:

Продольный раскрой:

При q2,4,6=q1,3,5+180°

Вр=2·lн+(n-1)·t+2a

Число деталей в нечетных рядах:

Поперечный раскрой:

Продольный раскрой:

Число деталей в четных рядах:

Поперечный раскрой:

Продольный раскрой:

Остальные показатели рассчитываются как для круглых деталей.

Формоизменяющие операции листовой штамповки. Гибка.

Гибка выполняется на кривошипных и гидравлических прессах, валковых листогибочных машинах, специальных профилегибочных машинах для гибки с растяжением.

Наиболее распространена гибка в штампах на кривошипных прессах. Гибку в штампах осуществляют одновременным действием на заготовку матрицы и пуансона. При этом силы Р и Q создают изгибающий момент, необходимый для формоизменения.

Напряженное состояние зоны деформации при гибке характеризуется нормальными напряжениями sq в окружном направлении, нормальными напряжениями sr в радиальном направлении, нормальными напряжениями sа в аксиальном (осевом) направлении.

При гибке широкой заготовки присутствуют все три составляющие напряжений. Поэтому напряженное состояние - объемное. В зоне растяжения аксиальные напряжения растягивающие, в зоне сжатия – сжимающие.

При гибке узкой полосы на ребро аксиальные напряжения малы по сравнению с напряжениями текучести, по этому ими можно пренебречь (sа»0). Поэтому можно считать, что напряженное состояние плоское. Первоначально прямоугольное сечение полосы превращается в трапецеидальное.

Значение и характер распределения напряжений при гибке зависят от радиуса кривизны изгибаемой заготовки. В начальной стадии (радиус кривизны велик) деформация упругая. По мере уменьшения радиуса изгиба периферийные слои начинают деформироваться пластически, поскольку значение окружных напряжений достигают напряжений текучести. Эту стадию деформации называют упруго-пластической.

При дальнейшем уменьшении радиуса изгиба пластическая зона растет и при Rв/S£5 почти все сечение заготовки находится в стадии пластического состояния. Начинается чисто пластическая стадия изгиба. На этой стадии происходит заметное смещение нейтральной поверхности в сторону сжатых волокон заготовки. Поскольку пластический изгиб сопровождается упругими деформациями, после снятия нагрузки происходит «пружинение», т.е. изменение радиуса кривизны и угла между прямолинейными участками заготовки. Это следует учитывать при проектировании штампа.

Определение размеров заготовки для гибки.

Длину заготовки, необходимую для получения изогнутой детали требуемых размеров, определяют из условия равенства ее длины длине нейтральной поверхности деформации Lнпд. Контур детали разбивают на прямолинейные и криволинейные участки с постоянными радиусами кривизны. Тогда :

где: li –длина i-го прямолинейного участка;

rqj –радиус нейтральной поверхности деформаций j –го криволинейного участка;

aj –угол изгиба j –го криволинейного участка.

При относительно большом радиусе изгиба нейтральная поверхность деформации проходит через центр тяжести поперечного сечения заготовки. Если поперечное сечение прямоугольное, то:

При объемном чисто пластическом изгибе нейтральная поверхность смещается в сторону сжатых волокон. Это смещение тем больше, чем меньше радиус изгиба.

Радиус кривизны нейтральной поверхности напряжений:

Радиус кривизны нейтральной поверхности деформаций:

где: Х –коэффициент смещения нейтральной поверхности, который зависит от относительного радиуса гибки .

При , Х=0.3; при , Х=0.5.

Изменение формы размеров поперечного сечения заготовки в зоне изгиба.

При гибке узкой полосы на ребро:

При r=Rн

При r=Rb

Утонение листовой заготовки в зоне пластической деформации при гибке приближенно можно определить:

Определение изгибающего момента и усилия гибки.

Изгибающий момент, определяется как сумма моментов, создаваемых в зонах растяжения и сжатия окружными напряжениями sq относительно центра кривизны заготовки:

Зависимость коэффициента Х от Rb/s [10, стр.64]

Rb/s 0.1 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45
X 0.23 0.29 0.31 0.32 0.34 0.35 0.36
Rb/s 0.5 0.6 0.7 0.8 1.0 1.2 1.3
X 0.37 0.38 0.39 0.4 0.41 0.42 0.43
Rb/s 1.5 2.0 3.0 4.0 5.0 6.5 7.0
X 0.44 0.45 0.46 0.47 0.48 0.49 0.5

Если сделать допущение, что на стадии плоского чисто пластического изгиба широкой заготовки напряжения sq в зонах растяжения и сжатия равны и постоянны по ее толщине

,

а нейтральная поверхность совпадает со срединой

,

то:

,

где: W-момент сопротивления поперечного сечения заготовки;

b=1¸1.15 – переменный коэффициент, учитывающий влияние среднего главного напряжения на условие перехода металла в пластическое состояние. На стадии объемного чисто пластического изгиба нормальные напряжения sq переменны на толщине заготовки нейтральная поверхность смещена в сторону сжатых волокон, однако изгибающий момент остается неизменным и определяется по той же формуле. На стадии упругопластического изгиба изгибающий момент определяется как сумма моментов, действующих в упругой и пластической зонах:

где: у –высота упругой зоны деформации.

Формулы даны без учета упрочнения.

Деформирующее усилие при одноугловой гибке.

Определение усилия гибки представляет определенные трудности, поэтому этот вопрос может быть решен лишь приближенно. Это объясняется тем, что усилие гибки зависит от большого числа факторов: форма и размеры поперечного сечения заготовки, характеристика механических свойств материала, расстояние L между опорами матрицы, радиусы скругления пуансона и матрицы, условия контактного трения и другие.

Определим усилие на начальном и заключительном этапах гибки.

Поскольку на первой стадии расстояние между опорами велико (L>5·S), влияние касательных напряжений не учитывают. Если обозначить реакцию опор Q и считать, что сила трения заготовки относительно опор Т=m·Q, то усилие гибки определяется:

Реакции опор определяют из условия равенства моментов, создаваемых реакцией Q и плечом l, и предельного момента пластического изгиба без условия упрочнения:

,

где: L – расстояние между центрами скруглений рабочих кромок матрицы.

Если обозначить r1=rп+S/2 и r2=rм+S/2, то:

В результате совместного решения уравнения 1, 2 и 3 имеем формулу для определения усилия на первой стадии гибки (свободная гибка).

Если пренебречь влиянием силы трения (m=0) и принять rп=rм=1, то максимальное усилие свободной гибки будет при:

На заключительной стадии гибки происходит правка, для которой требуется значительно большее усилие. При rп/S<1 усилие правки в 50¸60 раз больше усилия гибки. При rп/S=5¸10 усилие правки в 30¸40 раз больше усилия гибки.

При малом расстоянии между опорами в процессе первой стадии гибки на заготовке могут появиться отпечатки на контактной поверхности с матрицей. В связи с этим паз матрицы L должен быть не менее расчетного, приближенно определяемого по формуле:

где: Е –модуль упругости.

Деформирующее усилие при двухугловой гибке.

Особенности двухуголовой гибки заключаются в том, что между пуансоном и матрицей имеется зазор Z=(1.1¸1.3)·S, который не изменяется в процессе гибки, а также в том, что участок заготовки под пуансоном выпучивается.

Когда центры скругления рабочих кромок пуансона и матрицы находятся на одном уровне (треугольник abc), плечо гибки равно

После совместного решения уравнений 1,2,4 получим формулу для определения усилия двухсторонней гибки полосы прямоугольного сечения:

При a/2=p/2 , т.е. в начале процесса гибки:

По мере уменьшения угла a/2 усилие возрастает и при a/2=3° и m=0.2 равно:

Если двухугловая гибка ведется в штампе с прижимом средней части заготовки, то прессу необходимо преодолеть сопротивление буфера прижимного устройства, принимаемого равным 25¸60% от Рг. Тогда общее усилие гибки будет:

Р=(1.25¸1.6)·Рг

Минимально допустимый радиус изгиба.

Установление минимального допустимого внутреннего радиуса изгиба имеет важное значение. При слишком малом радиусе может произойти разрыв наружных волокон материала. Поэтому минимальные радиусы гибки должны быть установлены по предельно допустимым деформациям крайних волокон.

Минимальный радиус гибки поперек волокон проката:

Для малых деформаций по приближенной формуле:

 

где: y -относительное сужение поперечного сечения образца, полученная при испытаниях материала на растяжение.

Для больших деформаций –по более точной формуле:

где: -коэффициент утонения (Sут – толщина материала после гибки) [12, стр. 137].

При гибке в продольном направлении проката rmin следует увеличивать.

Величина rmin зависит также от угла гибки, от наличия и положения заусенцев и т.д.

При установке заготовки заусенцем к матрице могут образоваться трещины, поэтому необходимо увеличить rmin. Следует устанавливать заготовку заусенцем к пуансону а блестящим пояском к матрице.

Минимальные радиусы гибки rmin (в долях от толщины S) для угла гибки 90° [12, стр. 138]

Начало таблицы 1

 

Материал Состояние металла
Отожженный Наклепанный
Расположение линии гибки
поперек волокон вдоль волокон поперек волокон вдоль волокон
Стали марок: 05, 08 КП 08, 10, Ст.1, Ст.2 15, 20, Ст.3 25, 30, Ст.4 35, 40, Ст5 45, 50 55, 60 Сталь нержавеющая Медь М1, М2, М3 Латунь Л63, Л68 Латунь ЛС59-1 Мельхиор, Нейзильбер Алюминий АД, АД1 Дюралюмин мягкий Д1, Д16М Дюралюмин закаленный Д16Т   - - 0.1 0.2 0.3 0.5 0.7 - 0.2 0.3-0.6 1.0 2.0   0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 1.0 1.3 - 0.2 0.3-0.4 0.5 0.5-1.0 0,3-0,4 1.5 3.0   0.2 0.4 0.5 0.6 0.8 1.0 1.3 2.5 1.0 0.5 0.8 - 0.5 1.5 3.0   0.5 0.8 1.0 1.2 1.5 1.7 2.0 6.5 2.0 0.8 1.4 - 0.8 2.5 4.0

 

Магниевые сплавы МА1, МА8 нагрев до 300°С в холодном состоянии
2.0 3.0 7.0-5.0 9.0-8.0
Титановые сплавы ВТ1 ВТ5 нагрев до 300-400°С в холодном состоянии
1.5 3.0 2.0 4.0 3.0 5.0 4.0 6.0

Окончание таблицы 1

 

 

 

 

 

Конструктивные элементы гибочных штампов. Радиусы закругления рабочих кромок матрицы и пуансона при гибке.

Чем меньше радиус закругления матрицы, тем больше усилие гибки и сопротивление скольжению. Теоретически нормальный радиус закругления можно определить, исходя из деформации наружного волокна по формуле:

где: er=(1/3¸1/2)·d -относительная деформация (d -относительное удлинение при разрыве).

Нормальные радиусы rм, установленные опытным путем даны [10, стр.57; 12, стр.145].

Радиусы закругления пуансона rп обычно принимают по внутреннему радиусу изделия.

Зазоры между матрицей и пуансоном.

 

Величина зазора так же, как и радиус закругления, оказывает влияние на усилие гибки и на качество изделия. Чем меньше зазор, тем больше усилие гибки.

где: Z –зазор между матрицей и пуансона на сторону;

dматер –верхнее отклонение допуска на толщину материала;

с –коэффициент учитывающий уменьшение трения изгибаемой детали о матрицу.

Ориентировочно для цветных металлов Z=(1.0¸1.1)·S; для стали Z=(1.05¸1.15)·S.

Исполнительные (рабочие) размеры пуансонов и матриц.

Рабочие размеры пуансона и матрицы двухугловых штампов для получения детали типа скобы устанавливают в зависимости от того, какой размер изделия требуется выдержать точно- наружный «А» или внутренний «В».

 

Рабочие размеры пуансона и матрицы штампа определяются по следующим формулам:

а) для получения изделия с точными наружными размерами с учетом припуска на износ матрицы D'=0.8·D

.

б) для получения изделия с точными внутренними размерами с учетом припуска на износ пуансона D'=0.2·D

.

Ам, Вп –размеры матрицы и пуансона;

Ан, Вн – номинальные наружные и внутренние размеры изделия.

При D<0.1 мм D' можно не учитывать и принять схему, как на рисунке.

Δ –поле допуска на изготовление изделия.

dм, dп –допуск на изготовление матрицы и пуансона (по 7¸8 квалитетам точности).

 

 

Вытяжка.

Вытяжкой называется процесс изготовления полой детали из плоской заготовки путем протягивания заготовки через отверстие матрицы. Протягивание полой заготовки через отверстие матрицы для получения изделия меньшего поперечного сечения и большей высоты называется повторной вытяжкой. Вытяжкой получают детали с формой тела вращения (цилиндрические, конические, ступенчатые) и коробчатой формы.

Применяют два основных способа вытяжки:

1. Без искусственного уменьшения толщины стенки;

2. С преднамеренным уменьшением толщины стенки (вытяжка с утонением).

В процессе вытяжки без утонения в краевой части заготовки, еще не втянутой в матрицу, одновременно возникают растягивающие σρ и сжимающие σθ напряжения. Сжимающие напряжения могут вызвать образования складок. Для устранения складкообразования в штампах для вытяжки предусматривают прижимное кольцо. В связи с этим различают два способа вытяжки без утонения: с прижимом и без прижима заготовки.

Вытяжкой за одну операцию можно получить относительно неглубокие детали, высота которых не превышает 0.7÷0.8 диаметра. При вытяжке более высоких деталей может наступить отрыв дна. В связи с этим процесс вытяжки необходимо разделить на несколько переходов. Между переходами для снятия упрочнения проводят рекристаллизационный обжиг.

Вытяжку осуществляют на кривошипных и гидравлических прессах.

Вытяжка без прижима заготовки.

Возможность вытяжки без прижима регламентируется двумя факторами: при относительно малой толщине заготовки – складкообразованием, при относительно большой толщине – отрывом дна.

Возможность вытяжки без прижима заготовки приближенно можно установить, используя условие:

Как правило, вытяжку без прижима ведут в матрице с конической заходной части, при этом вероятность складкообразования меньше. Угол конуса выполняют:

При вытяжке тонкостенных стаканов (d/S>30) φ=30÷45°;

При вытяжке толстостенных стаканов (d/S<30) φ=15÷20°;

Диаметр заходной части конической матрицы Dв должен быть немногим менее диаметром заготовки:

При соблюдении этого условия и угле φ=15° матрица получается высокой. Высоту можно уменьшить, выполняя двойную конусность. φ1= 30÷45°; φ= 12÷15°;

Вытяжка в цилиндрической полости матрицы должна начаться в тот момент, когда наружный диаметр заготовки будет равен Dв. Используя условия равенства площадей

где: - длина образующей, можно определить диаметр Dk:

,

где: Кв=D0/d – коэффициент вытяжки.

Вытяжка с прижимом заготовки

При вытяжке с прижимом различают 2 стадии: начальную, когда только начинается втягивание заготовки в матрицу и угол охвата заготовкой скругленных рабочих поверхностей пуансона и матрицы мал α<π/2, и последующий, когда α@π/2.

 

 

На начальной стадии вытяжки происходит уменьшение толщины заготовки в очаге деформации cd. При этом радиус заготовки R0 не уменьшается. По мере увеличения усилия вытяжки очаг пластической деформации растет, постепенно распространяясь на фланец. Когда весь фланец будет охвачен пластической деформацией, начинается вторая стадия вытяжки, характеризуемая уменьшением радиуса фланца (R<R0). Когда угол охвата α приближается к π/2 (полный охват), центры радиусов rп и rм находятся приблизительно на одном уровне. На второй стадии 3 участка заготовки находятся в различных условиях напряженного состояния.

Кольцевой фланец 1 испытывает плоское напряженное состояние, т.к. напряжение сжатия σn, вызванное давлением кольца прижима, мало по сравнению с напряжением текучести σs. На элементарный объем в радиальном направлении действуют растягивающие напряжения σρ, в окружном (тангенциальном) – сжимающие напряжения σθ. Диаметр фланца уменьшается. Именно в нем сосредоточен очаг пластической деформации. При этом должно соблюдаться условие:

Цилиндрический участок 2 находится в условиях, близких к линейному растяжению. Возникают растягивающие напряжения σρ, которые должны быть меньше напряжения текучести (σρ < σs). Если это условие не выполняется, произойдет локальное утонение стенки, завершающееся отрывом дна. Рассматриваемый участок деформируется упруго в отличие от фланца, который деформируется пластически, несмотря на то, что в нем σρs.

Данный участок испытывает двухосевое растяжение и деформируется упруго. При этом σρs, σθs.

Последующие переходы вытяжки выполняются в матрицах с конической заходной частью. В качестве заготовки служит стакан, полученный на первом переходе.

Процесс ведется без прижима заготовки, если относительная толщина

, и с прижимом если , где .

При этом заготовка пластически деформируется только на участке Cd. В период установившегося процесса вытяжки протяженность очага деформации остается неизменной, в то время как на первом переходе уменьшается по мере втягивания заготовки в матрицу.

Приближенно значение оптимального угла конической заходной части матрицы можно определить по формуле:

где - коэффициент трения.

 

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Обработка металлов давлением

Виды процессов обработки давление... Нагрев металла перед обработкой давлением Температурный интервал обработки...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Листовая штамповка.

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Виды процессов обработки давление
Основными видами обработки металлов давлением являются: прокатка, прессование, волочение, ковка и штамповка. Прокатка – осуществляется обжатием металла между вращающимися валками п

Температурный интервал обработки давлением.
При определенных температурах пластичные материалы обладают высокой пластичностью и низким сопротивлением деформированию. Эти температуры имеют верхний и нижний пределы, между которыми лежит темпер

Нагревательные устройства.
Для нагрева заготовок применяют следующие основные способы: - пламенный обыкновенный (газовый или нефтяной) - пламенный скоростной (газовый) - электрический камерный

Окалинообразование и обезуглероживание при нагреве в пламенных печах.
  Окалинообразование происходит по следующим реакциям:

Режим нагрева заготовок в пламенных печах.
  При нагреве стальных заготовок под ковку и штамповку должны быть обеспечены: -требуемая температура; -равномерное распределение температуры по поверхности и по сеч

Охлаждение и термообработка поковок.
  Скорость охлаждения влияет на величину термических напряжений, которые в случае быстрого охлаждения могут вызвать наружные трещины. Кроме того, при переходе через критический интерв

Сущность процесса прокатки.
  При прокатке металл обжимают между вращающимися валками. При этом толщина полосы уменьшается, а ее длина и ширина увеличиваются. Разность между исходной

Инструмент и оборудование для прокатки.
Инструментом для прокатки являются валки, которые в зависимости от прокатываемого профиля могут быть гладкими (для прокатки листов, лент), ступенчатыми (для прокатки полосовой стали) и ручье

Прокатка бесшовных и сварных труб.
Прокатка бесшовных труб: - первой операцией является прошивка – образование отверстия в заготовке в горячем состоянии. При вращении разносных валков в металле возникают радиальные рас

Волочение.
Волочение – процесс протягивания проволоки, прутка или трубы через отверстие фильеры (волочи), имеющей несколько меньшее сечение, чем исходная заготовка. Волочению в холодном состо

Прессование.
Прессование- процесс выдавливания находящегося в контейнере металла через выходное отверстие матрицы. Прессование обычно применяют для обработки цветных металлов и сплавов, но иногда применя

Инструмент для свободной ковки.
а)Основной 1. Бойки: плоские вырезные 2.Плиты для осадки и прошивки:

Дефекты ковки.
Причинами брака могут быть дефекты исходного материала, дефекты заготовок при нагреве, а также дефекты, вызванные отклонениями от установленного технологического процесса. Причиной брака могут быть

Горячая объемная штамповка.
Горячая объемная штамповка – это вид обработки металлов давлением, при котором деформация нагретого металла со всех сторон ограничена рабочей поверхностью инструмента (штампа).

Устройство штамповочного паровоздушного молота двойного действия.
Паровоздушные молоты работают либо паром под давлением 7¸9 атм, либо сжатым воздухом под давлением 6¸7 атм. Молот состоит из рабочего цилиндра 28, в котором перемещается поршен

Фрикционные молоты с доской.
Эти молоты относятся к механическим молотам простого действия, т.е. у них сила трения между роликами и доской используется только для подъема падающих частей. Преимущество такого молота заключается

После кантовки на 90° заготовку укладывают в штамповочный ручей.
Ручьи 3-го вида служат для увеличения размеров заготовки за счет уменьшения ее высоты (осадкой) или толщины (расплющиванием) и имеют две группы: 1. Площадка для осадки – п

Технологические требования к конструкции.
1. Уклоны. Уклоны в горячештампованной поковке назначают для того, чтобы ее можно было легко вынуть из штампа. Если по конструктивным соображениям уклоны в детали желатель

Конструирование горячештампованных поковок.
Назначение допусков и припусков. 1. При конструировании горячештампованной поковки назначаются технологические напуски, припуски на механическую обработку, допуски

Штамповка на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ).
Особенности штамповки на ГКМ. Горизонтально ковочные машины представляют собой горизонтальные КГШП усилием 100 – 3150 т. Кроме главного ползуна они снабжены зажимным ползуном, движу

Холодная объемная штамповка.
В промышленности применяют две основные технологические схемы холодной объемной штамповки: 1 схема состоит из четырех этапов: 1. разделка проката на мерные заготовки; 2.

Определение размеров заготовок для вытяжки деталей имеющих форму тел вращения.
Диаметр заготовки определяют из условия равенства площадей: Отсюда:

Определение деформирующего усилия и усилия прижима при вытяжке цилиндрических деталей.
Для вытяжки без разрушения детали необходимо усилие, которое можно определить по приближенной формуле: , где

Определение числа переходов и размеров полуфабрикатов при вытяжке цилиндрических деталей.
Если известны допустимые коэффициенты вытяжки для первого и последующих переходов, диаметры полуфабрикатов по переходам легко определяются по формулам:

Вытяжка цилиндрических деталей с утонением стенки.
Стенки изделия, полученного вытяжкой, имеют переменную по высоте толщину. У открытого края она составляет примерно (1.3 1.4)

Смазка при вытяжке.
Для малоуглеродистой стали: 43% веретенного масла, 8% рыбьего жира, 15% графита, 8% олеиновой кислоты, 5% серы, 6% мыла, 15% воды. Чтобы исключить из состава смазки графит, который трудно

Отжиг, травление и обезжиривание при вытяжке.
При вытяжке происходит упрочнение (наклеп) материала, которое удаляется промежуточным отжигом. Для тонколистовой стали (S>2мм) температура отжига

Правка, рельефная формовка.
Правкой называется штамповочная операция, при которой происходит выправка неровной поверхности изделия между гладкими или насеченными поверхностями штампа. В большинстве случаев она следует за выру

Отбортовка.
При отбортовке отверстий деформируемая часть заготовки находится в плосконапряженном состоянии и объемно-деформируемом.

Формовка, обжим, раздача.
Формовка – штамповочная операция, при которой происходит изменение формы предварительно вытянутого изделия с целью получения окончательного профиля или более точных размеров изделие. Применяется, к

Вырезка неметаллических материалов.
Исходя из технологических условий штамповки неметаллические материалы можно разделить на следующие группы: 1 Материалы повышенной хрупкости: слюда, меканид, органическое стекло, гетинакс,

Вытяжка и формовка неметаллических материалов.
Большинство неметаллических материалов подвергается вытяжке и формовке в нагретом состоянии, фибра вытягивается в увлажненном состоянии. Перед вытяжкой заготовки из текстолита нагревают до

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги