Author: Романовский В.П.
Tags: общее машиностроение технология машиностроения машиностроение технологические процессы холодная штамповка
Year: 1971
Text
В. П. РОМАНОВСКИЙ
профессор
ПО ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКЕ
ИЗДАНИЕ ПЯТОЕ,
ДОПОЛНЕННОЕ И ПЕРЕРАБОТАННОЕ
издательство «машиностроение»
ЛЕНИНГРАД 1971
УДК 621. 983(083)
Справочник по холодной штамповке. Рома
нов ск ни В. П. Л., «Машиностроение». 1971 г.
стр. 782. Табл. 293. Библ. 303 назв.
В справочнике в систематизированном виде при-
веден руководящий и справочный материал по основ-
ным вопросам холодной штамповки: технологиче-
ским процессам, штампам и оборудованию. Кроме
того, даны краткие сведения по наиболее приме-
няемым материалам.
Содержание справочника представляет собой
обобщение передового производственного опыта
промышленности Советского Союза и других стран,
работ автора и литературных материалов по холод-
ной штамповке.
В справочнике отражены новейшие достижения
передовых предприятий, а также результаты новых
исследований процессов холодной штамповки.
Справочник предназначен для инженерно-тех-
нических работников — инженеров, технологов,
конструкторов, работающих в области холодной
штамповки, а также для студентов втузов и тех-
никумов.
3—12—3
380—70
Рецензент канд. техн, наук В. Е. Недорезов
ПРЕДИСЛОВИЕ К ПЯТОМУ ИЗДАНИЮ
Развитие машиностроения и металлообработки требует дальнейшего совершен-
ствования технологических процессов и организации производства, а также комп-
лексной механизации и автоматизации производственных процессов.
Процессы холодной штамповки вследствие высокой производительности и эко-
номической эффективности являются наиболее прогрессивными, благодаря чему
они получили широкое применение в различных отраслях промышленности.
Пятое издание справочника значительно переработано и дополнено новыми
материалами, отражающими дальнейшее развитие передовой промышленности Со-
ветского Союза и других стран, а также результатами новых исследований про-
цессов холодной штамповки.
Переработка справочника осуществлена с учетом пожеланий, высказанных в
опубликованных рецензиях и присланных отзывах.
Структура и рубрикация справочника сохранены прежними, так как оин удов-
летворяют пожеланиям читателей в части последовательности изложения материала.
В справочнике по-прежнему основное внимание уделено вопросам технологии
холодной шгамповки, которым посвящено наибольшее количество технических сведе-
ний и справочных материалов.
В пятом издании ряд глав справочника дополнен новыми производственными и
расчетно-технологическими данными: гл. I первого раздела — новыми материала-
ми по чистовой вырубке и зачистной штамповке; гл.II — новыми данными по рас-
чету усилий при гибке; гл. III — результатами исследования начальной стадии
вытяжки, технологическими расчетами вытяжки коробчатых деталей с фланцем,
материалами по вытяжке тугоплавких металлов; гл. IV — расчетными данными про-
цесса местной формовки — вытяжки; гл. VI — высокоэнергетическими способами
штамповки взрывом, гидроэлектрическим разрядом, магнитными импульсами, а
также новыми расчетами заготовок при ротационном выдавливании. Во втором раз-
деле обновлены расчеты экономической эффективности процессов холодной штам-
повки, включая расчеты цеховой себестоимости штампованных деталей. Третий
раздел пополнен типовыми конструкциями штампов, а также методом расчета стой-
кости штампов. В четвертом разделе расширены сведения по научной организа-
ции труда и обслуживанию рабочего места.
Таблицы, содержащие механические свойства металлов, перенесены из первого
в пятый раздел справочника, посвященный механическим и технологическим свой-
ствам листовых металлов.
В пятое издание справочника включены материалы и справочные данные из
ГОСТов, вышедших до 1970 г.
Во введении оставлены краткие сведения по характеристике холодной штампов-
ки, но значительно сокращены классификация и терминология процессов и опера-
ций.
Все отзывы и пожелания по новому изданию справочника будут приняты с бла-
годарностью.
АВТОР
ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Р — расчетное усилие штамповки (вырубки, вытяжки и т. д.) в кГ;
S —толщина материала в мм;
htl
С = — относительная глубина вдавливания вырубного пуансона;
— толщина материала после деформации (гибки, вытяжки) в мм\
а = — коэффициент утонения материала;
о
р — радиус кривизны нейтрального слоя при гибке в мм\
ря — радиус кривизны слоя, нейтрального по напряжениям, в мм\
А — работа деформирования (вырубки, гибки, выгяжки и т. д.) в кГ*м;
/V — мощность пресса в л. с.;
_М — изгибающий момент в кГ-м;
WnA — момент сопротивления при пластическом изгибе;
В&
W — —g----момент сопротивления прямоугольного сечения;
J момент инерции сечения в мм\
предел текучести при растяжении в кПмм*\
об -г- предел прочности (временное сопротивление разрыву) в кПмдР\
оср.— сопротивление срезу в кПмм*\
аи — сопротивление изгибу в кГ1млР\
6, б5, б10 — относительное удлинение в %;
ф — относительное сужение в %;
в = In ---истинная деформация (в логарифмическом виде);
*о
ег ие^ — деформация крайних волокон при гибке (выражена через полное от-
носительное удлинение);
фЛ и ф^ — деформация крайних волокон при гибке (выражена через относитель-
ное сужение сечения);
Е — модуль упругости при растяжении в кГ/ммА\
G — модуль упругости при кручении в кГ1мл?\
D — диаметр заготовки в мм;
т — коэффициент вытяжки;
iz 1
Л =-----степень вытяжки;
т
Q — усилие прижима при вытяжке в кГ;
q — давление в кГ!млР\
р — коэффициент трения.
Сопоставление принятых в справочнике единиц силы, работы (энергии), мощ-
ности, давления и напряжения с соответствующими единицами в международной сис-
теме (СИ) приведена по ГОСТу 9867—61.
Сила: 1 кГ (килограмм-сила) = 9,81 н (ньютон); 1 Т (тонна-сила) = 1000 кГ =
9810 н.
Работа: 1 /сГ-л«=9,81 дж = 9,81 н*м.
Мощность: 1 квт = 1000 вт~ 1000 дж!сек — 1000 н-м!сек.
Давление (напряжение): 1 кГ/лои2 = 9,8-10е я/ж2« 107 н!м\
ВВЕДЕНИЕ
1. ХАРАКТЕРИСТИКА ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКИ
Холодная штамповка является самостоятельным видом обработки металлов
давлением, объединяющим ряд технологических процессов осуществляемых холод-
ной пластической деформацией при помощи различного типа штампов, непосредст-
венно деформирующих металл и выполняющих требуемую операцию.
Холодная штамповка — один из наиболее прогрессивных технологических ме-
тодов производства; она имеет ряд преимуществ перед другими видами обработки
металлов как в техническом, так и в экономическом отношениях.
В техническом отношении холодная штамповка позволяет:
1) получать детали весьма сложных форм, изготовление которых другими мето-
дами обработки или невозможно или затруднительно;
2) создавать прочные и жесткие, но легкие по весу конструкции деталей при
небольшом расходе материала;
3) получать взаимозаменяемые детали с достаточно высокой точностью размеров,
преимущественно без последующей механической обработки.
В экономическом отношении холодная штамповка обладает сле-
дующими преимуществами:
1) экономным использованием материала и сравнительно небольшими отходами;
2) весьма высокой производительностью оборудования, с применением механи-
зации и автоматизации производственных процессов;
3) низкой стоимостью изготовляемых изделий.
Наибольший эффект от применения холодной штамповки может быть обеспечен
при комплексном решении технических вопросов на всех стадиях подготовки произ-
водства, для чего необходимо:
1) создать рациональные и технологичные конструкции или формы деталей,
допускающие экономичное изготовление их;
2) применять материал, обладающий необходимыми для данной деформации ме-
ханическими и технологическими свойствами;
3) разработать и применять технически правильный и экономически целесооб-
разный технологический процесс штамповки, обеспечивающий получение требуе-
мых деталей и соответствующий масштабу производства;
4) разработать правильную конструкцию штампов, обеспечивающую изготовле-
ние деталей требуемого качества и точности, а также высокую производительность,
стойкость и безопасность в работе;
5) рационально выбрать и использовать тип и мощность пресса;
6) правильно организовать рабочее место в соответствии с характером изделий и
масштабом производства.
Разработка технологических процессов холодной штамповки и проектирование
штампов неразрывно связаны между собой, хотя и могут выполняться разными ли-
цами. Технолог должен хорошо знать конструкцию штампов, а конструктор должен
обладать основными технологическими знаниями по холодной штамповке.
6
ВВЕДЕНИЕ
2. КЛАССИФИКАЦИЯ И ТЕРМИНОЛОГИЯ ОСНОВНЫХ ПРОЦЕССОВ
И ОПЕРАЦИЙ ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКИ
Холодная штамповка объединяет большое количество разнообразных операций,
которые могут быть систематизированы и классифицированы по следующим призна-
кам:
1) по характеру и видам деформаций;
2) по отдельным типам операций.
По характеру деформаций холодная штамповка расчленяется на две основные
группы: деформации с разделением материала и пластические деформации.
Первая группа объединяет деформации, которые приводят к местному разъе-
динению материала путем среза и отделения одной его части от другой.
Группа пластических деформаций холодной штамповки разделяется на две
подгруппы:
а) изменение формы гнутых и полых деталей, основанное главным образом на
изменении геометрической формы листовых заготовок;
б) изменение формы объемных деталей посредством перераспределения и задан-
ного перемещения объема металла.
Имеется пять основных видов деформаций холодной штамповки:
1) резка — отделение одной части материала от другой по замкнутому или не-
замкнутому контуру;
2) гибка — превращение плоской заготовки в изогнутую деталь;
3) вытяжка — превращение плоской заготовки в полую деталь любой формы
или дальнейшее изменение ее размеров;
4) формовка — изменение формы детали или заготовки путем местных дефор-
маций различного характера;
5) объемная штамповка — изменение профиля, конфигурации или толщины
заготовки путем перераспределения объема и заданного перемещения массы материа-
ла.
Каждый из основных видов деформаций холодной штамповки подразделяется
на ряд отдельных конкретных операций, характеризуемых особенностью и назна-
чением производимой работы, а также типом штампа.
На рис. 1 приведена классификация и терминология основных процессов и опе-
раций холодной штамповки, иллюстрированная примерами схематического изобра-
жения операций 1.
Штамповка деталей путем выполнения нескольких раздельных операций в боль-
шинстве случаев экономически невыгодна, вследствие чего обычно применяют мето-
ды комбинированной штамповки, одновременно сочетающие две или несколько из
указанных деформаций и отдельных операций. Кроме того, на производстве приме-
няются сбороч но-штамповочные операции, основанные на применении деформаций
гибки, формовки или объемной штамповки.
Комбинированная штамповка представляет собой совмещение в одном штампе
двух или нескольких технологически различных операций штамповки (переходов).
По технологическому признаку комбинированные операции могут быть разде-
лены на три группы:
1) разделительные комбинированные операции, совмещающие различные виды
режущих операций (вырубка, пробивка, отрезка);
2) формоизменяющие комбинированные операции, совмещающие различные ви-
ды операций изменения формы (вытяжка, рельефная формовка, гибка, отбортовка и
пр.);
3) комбинированные операции резки и изменения формы, совмещающие разде-
лительные операции с формоизменяющими, или сочетающие несколько операций
(вырубка — вытяжка, формовка и пробивка).
1 Определения и характеристики операций см. в предыдущих изданиях справочника
11031. Цифры, стоящие в квадратных скобках, указывают номер источника в перечне литера-
туры.
Рис. 1. Классификация основных процессов и операций холодной штамповки
классификация и терминология холодной штамповки
8
ВВЕДЕНИЕ
По способу совмещения операций комбинированная штамповка разделяется на
три группы:
1) совмещенную;
2) последовательную;
3) совмещенно-последовательную.
При совмещенной штамповке одновременно выполняется несколько различных
операций за один ход процесса и за одну установку заготовки в штампе.
Последовательная штамповка объединяет несколько различных операций (пе-
реходов)» осуществляемых последовательно отдельными пуансонами за несколько
ходов пресса при перемещении заготовки между ними; причем за каждый ход пресса
получается готовая деталь.
При совмещенно-последовательной штамповке выполняется несколько различ-
ных операций путем сочетания в одном штампе совмещенной и последовательной штам-
повки.
Так как возможно большое количество различных сочетаний отдельных совме-
щаемых операций, то практически осуществимо большое количество разнообразных
типов комбинированной штамповки и штампов, полностью классифицировать ко-
торые не представляется возможным. Поэтому в дальнейшем будут рассмотрены
лишь наиболее распространенные операции комбинированной штамповки.
Кроме штамповочных операций в холодной штамповке применяются заготови-
тельные, давильно-накатные, вспомогательные, термические и отделочные операции.
К заготовительным операциям относятся: правка листов и полос на листоправиль-
ных машинах и правильных валках, а также резка листов на полосы или штучные
заготовки.
Ряд операций выполняется на давильных, роликовых и накатных станках:
1) выдавливание — раскатка полых изделий;
2) загибка кромок и фальцев;
3) гибка профилированных деталей на универсально-гибочных машинах;
4) гибка цилиндрических и конических деталей на вальцах;
5) фальцовочные работы;
6) гибка бортов;
7) обрезка и закатка бортов и кромок;
8) накатка буртиков, гофрированных труб и соединительной резьбы;
9) правка и выдавливание рельефа;
10) трубогибочные работы и т. д.
Вспомогательными операциями являются: смазка заготовок, фосфатирование,
зачистка заусенцев, виброгалтовка, обкатка в барабане, обезжиривание, травление,
промывка.
К термическим операциям относятся: отжиг заготовок, межоперационный ре-
кристаллизационный отжиг полуфабриката, закалка и отпуск отдельных штампован-
ных деталей, а также закалка дуралюминовых заготовок перед штамповкой.
К отделочным относятся следующие операции: полирование, лакировка, окра-
шивание, оксидирование, металлизация декоративные и противокоррозионные
покрытия (цинкование, меднение, лужение, никелирование, хромирование, кадми-
рование и т. д.).
В большинстве случаев вспомогательные, термические и отделочные операции
механизированы или автоматизированы.
Заготовительные операции обычно выполняются на заготовительных участках,
а отделочные — в специальных помещениях.
3. НАПРАВЛЕНИЕ РАЗВИТИЯ ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКИ
Холодная штамповка широко применяется в машиностроительной, приборо-
строительной и других отраслях промышленности. Наибольшее распространение хо-
лодная штамповка получила в крупносерийном и массовом производстве, где боль-
шие масштабы выпуска позволяют применять технически более совершенные, хотя
и более сложные и дорогие штампы.
НАПРАВЛЕНИЕ РАЗВИТИЯ ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКИ
9
Ряд изделий массового производства и народного потребления изготовляется
десятками и сотнями миллионов штук в год. Наряду с этим в настоящее время хо-
лодная штамповка широко применяется в мелкосерийном и даже единичном произ-
водстве.
Современное развитие холодной штамповки идет по следующим направлениям:
1) расширения области применения холодной штамповки путем замены литых и
кованых деталей штампованными или штампо-сварными, в большинстве случаев не
требующими последующей обработки резанием;
2) широкого распространения холодной штамповки в мелкосерийном производ-
стве благодаря применению упрощенных и универсальных штампов;
3) снижение расхода материала путем создания технологичных форм деталей,
внедрения рационального раскроя, использования отходов, повышения точности
расчета размеров заготовок и т. п.;
4) повышения точности штамповочных деталей (до 3—4-го, а в отдельных слу-
чаях до 2-го класса точности по ГОСТу);
5) увеличения производительности путем механизации и автоматизации про-
цессов штамповки;
6) применения штамповочных методов для сборки;
7) повышения стойкости штампов в крупносерийном и массовом производстве.
Расширение области применения холодной штамповки, с одной стороны, харак-
теризуется значительным увеличением габаритов штампуемых деталей до 10 м и
более, а с другой стороны — резким уменьшением размеров — миниатюризацией
деталей (радиоэлектронной аппаратуры).
Толщина штампуемого материала непрерывно увеличивается; например, в хо-
лодном состоянии производятся вырубка из материала толщиной до 25 мм, пробив-
ка отверстий в материалах толщиной до 35 мм, вытяжка листового металла толщиной
до 20 мм, холодная гибка материала толщиной до 100 мм.
Замена литых и кованых деталей холодноштампованными дает значительные
технико-экономические преимущества (в среднем в %):
Снижение веса деталей От 25 до 50
Уменьшение расхода металла > 30 > 70
Снижение трудоемкости э 50 э 80
Одновременно с этим обычно достигается увеличение прочности и жесткости де-
талей:
1) благодаря более высоким механическим свойствам исходного, в большинстве
случаев холоднокатаного листового металла;
2) в результате упрочнения (наклепа) металла при холодной пластической де-
формации;
3) вследствие более целесообразного распределения металла по сечению штам-
пованного профиля;
4) благодаря применению штамповочных методов увеличения жесткости (штам-
повка ребер жесткости, отбортовка, загибка, закатка кромок и т. п.).
Следовательно, основным прогрессивным конструктивным
показателем, характеризующим эффективность применения холодной штам-
повки, является снижение веса при увеличении прочности и жесткости штампован-
ных из листа деталей по сравнению с литыми, коваными или обработанными из сор-
тового проката.
Основным прогрессивным технологическим факто-
ром дальнейшего развития холодной штамповки является стремление получить
штамповкой полностью законченную деталь, не требующую дальнейшей обработки
резанием.
Прогрессивность тех или иных технологических методов неразрывно связана
с серийностью и конкретными условиями данного производства, а следовательно,
является не столько технологическим, сколько организационно-техническим поня-
тием.
Таблица 1. Характеристика серийности штамповочного производства
Типовые признаки Тип производства
массовое крупносерийное серийное мелкосерийное единичное
Характер производства Непрерывное по- точное производ- ство, автоматиче- ские линии Поточное произ- водство крупными партиями, перена- лаживаемые авто- матизированные линии Поточное произ- водство средними партиями, поточ- ные линии Мелкие партии, групповая штам- повка Единичные изделия или весьма мелкие партии, штамповка по элементам
Типы прессов Специальные прессы и штампо- вочные автоматы Быстроходные ме- ханизированные прессы, штамповоч- ные автоматы Быстроходные прессы, универ- сальные штампо- вочные автоматы и полуавтоматы Универсальные прессы, координат- но-револьверные прессы Универсальные прессы
Типы штампов комбинирован- ные (многоопера- ционные) штампы Комбинированные и простые (раз- дельные) штампы, штампы-автоматы Комбинированные и простые (раздель- ные) штампы, полу- автоматические штампы Простые, универ- сальные и упро- щенные штампы Групповые регули- руемые и простые штампы
Степень меха- низации работ Автоматическая подача полос, листов и штучных заготовок Автоматическая подача полос и штучных заготовок, механизированная подача крупных листов и заготовок Автоматическая и ручная подача полос, полуавтома- тическая "подача штучных заготовок Ручная и механи- зированная подача листов, полос и штучных заготовок Ручная подача листов, полос и штучных заготовок
ВВЕДЕНИЕ
Срок окупае- мости штампов с автоматиче- ской подачей До 1 года 1—2 года
Коэффициент серийности (ко- личество опера- ций, закреп- ленных за прессом) 1-3 3-10
Ориентировоч- ный годовой выпуск (в одну смену) в тыс. шт. для круп- ных деталей для средних деталей для мелких деталей Свыше 300 Свыше 1000 Свыше 5000 20-300 50-1000 100-5000
2—3 года 3—5 лет —
10-30 30-100 —
2—20 До 2 Единицы, десятки
5-50 10—100 До 5 До 10 или сотни штук
НАПРАВЛЕНИЕ РАЗВИТИЯ ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКИ
12
ВВЕДЕНИЕ
Производственно-технологические методы, прогрессивные в мелкосерийном
производстве, в большинстве случаев оказываются непрогрессивными и нецелесо-
образными в условиях крупносерийного и массового производства, и наоборот. Этим
объясняются различие производственных методов и различные пути развития штам-
повки в массовом и мелкосерийном производстве.
В крупносерийном и массовом производстве развитие холодной штамповки ха-
рактеризуется:
1) применением сложных совмещенно-комбинированных штампов;
2) применением многопозиционнон последовательной штамповки в ленте;
3) механизацией и автоматизацией процессов штамповки;
4) созданием быстроходных автоматических прессов и специальных автоматов;
5) совершенствованием н развитием методов, дающих повышенную точность и
производительность и заменяющих обработку металлов резанием (зачистка в штам-
пах, калибровка, объемная штамповка, холодное выдавливание);
6) применением профилирования лент и полос на профилировочных станках или
гибочных прессах;
7) повышением стойкости штампов, что достигается применением износоустой-
чивой стали, твердых сплавов, механических и химико-термических способов упроч-
нения.
В' мелкосерийном и единичном (опытном) производстве холодная штамповка
развивается путем применения групповых методов штамповки с внедрением унифи-
кации и нормализации деталей и с использованием универсальных и дешевых упро-
щенных штампов (пластинчатых, листовых, литых свинцово-цинковых. неметал-
лических), а также путем применения новых технологических методов (штамповки
резиной, гидравлической штамповки, штамповки взрывом, гидроэлектрическим
разрядом, магнитными импульсами, вытяжки с местным подогревом и охлаждением
и др.).
Благодаря высокой производительности листоштамповочных прессов и сравни-
тельно низкой трудоемкости штамповочных работ типовые признаки и само понятие
серийности и массовости в холодноштамповочном производстве несколько иные,
чем при обработке металлов резанием.
Типовые признаки, характеризующие различную серийность штамповочного
производства, приведены в табл. 1.
Высшей формой массового производства является поточно-массовое, в котором
применяется комплексная автоматизация производственных процессов, контроля и
транспортировки деталей между операциями.
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ
ТЕХНОЛОГИЯ ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКИ
ГЛАВА I
РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ
1. РЕЗКА ЛИСТОВОГО МЕТАЛЛА НОЖНИЦАМИ
Листовые материалы для холодной штамповки в большинстве случаев предва-
рительно разрезают на полосы или заготовки необходимых размеров. Резка полос
является заготовительной операцией и производится на рычажных, гильотинных,
дисковых (роликовых) или вибрационных ножницах, а также на специальных от-
резных штампах.
Процесс резки листового материала ножни-
цами (рис. 2) состоит из трех последовательных
стадий:
1) упругой стадии, когда деформации нахо-
дятся в области упругих деформаций, а напря-
жения в металле не превосходят предела
упругости;
2) пластической стадии, когда деформации
являются остаточными, а напряжения в металле
превышают предел текучести и постепенно воз-
растают, пока не достигнут максимума, соот-
ветствующего сопротивлению Металла срезу
(сдвигу). Наибольшие деформации сдвига на-
правлены по линиям (поверхностям) скольже-
ния, начинающимся у острия режущих кро-
мок ножей. Во время второй стадии ножи
вдавливаются в металл на 0,2—0,5 его толщины
Рис. 2. Схема процесса резания
листа ножницами
в зависимости от твердости и пластичности;
3) стадии скалывания, при которой происходит образование микро- а затем
макротрещин, направленных по поверхностям скольжения и вызывающих отделение
одной части материала от другой.
На срезанной кромке листа четко выделяются две зоны: узкая блестящая по-
лоска, соответствующая пластической стадии, и более широкая матовая зона скалы-
вания. При резке толстого материала получается S-образная форма скола.
Как видно из схемы действующих сил (рис. 2), перерезывающие силы Рх обра-
зуют пару с моментом М = Рга, где а — плечо между точками приложения равно-
действующих, равное примерно (1,5ч-2) г.
Под действием опрокидывающего момента материал стремится повернуться,
заня.ъ наклонное положение и заклиниться между ножами, при этом возникает бо-
ковое распирающее усилие.
Величина бокового распирающего усилия при резке с прижимом составляет
(0,1 -£-0,2)Р,
где Р — наибольшее усилие резания в кГ.
Для предотвращения поворота разрезаемого металла применяют прижимные
Устройства.
Таблица 2 Различные способы резки листовых материалов
Тнп ножниц и схема Рабочие элементы режущих инструментов Основное применение
Гильотинные и рычажные Угол створа: для гильотинных ножниц ф = 2 4- 6°; для рычажных ножниц ф = 7 4- 12е. Угол резания 6 = 75 4- 85е. Задний угол у = 2-г 3°, Для упрощения заточки ножей допу- скается д = 90е и у == 0. Зазор между ножами от 0,05 до 0,2 л<л< Резка листовых материалов на по- лосы или штучные заготовки. Толщи- на разрезаемого материала до 40 мм (в зависимости от типа ножниц)
Дисковые (с параллельными ося- ми) Угол захвата а < 14е. Заход ножей b = (0,2 4- 0,3) S. Размеры ножей (дисков): для толстых материалов (S> 10 мм) D = (25 4- 30) S, h = 50 4- 90 мм; Резка листов на полосы, а также резка круглых (дисковых) заготовок с выходом на край листа. Толщина разрезаемого материала до 30 мм (раз- ные типы ножниц)
для тонких материалов (S < 3 мм) D = (35 4- 40) S, h = 20 4- 25 мм
РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ
Дисковые (с наклонным нижним
иожом)
Угол наклона у = 30 4- 40е.
Размеры ножей (дисков):
для толстых материалов
(S > 10 мм) D = 20S,
h = 50 4- 80 мм\
для тонких материалов
(S < 3 мм) D = 28S,
h — 15 4- 20 мм
Резка полос и круглых дисковых и
кольцевых заготовок. Толщина разре-
заемого материала до 30 мм (разные
типы ножниц)
Дисковые (с наклонными ножами)
Зазор а ^0,25; зазор д^0,35.
Размеры ножей (дисков):
для толстых материалов
(S > 10 мм) D == 12S,
h = 40 4- 60 мм\
для тонких материалов
(S < 5 мм) D = 20S,
h = 10 4- 15 мм
Резка круглых, дисковых кольцевых
и криволинейных заготовок с малым
радиусом, толщиной до 20 лш. Криво-
линейная поверхность задней режущей
грани обеспечивает свободный поворот
материала
Многодисковые (с параллельны-
ми осями)
Угол резания 90е.
Размеры ножей:
D = 40 4- 125S, h = 15 4- 30 мм
Перекрытие:
b = ± 0,55;
зазор а = 0,1 4- 0,2S
Для одновременной резки несколь-
ких полос, а также обрезкн полос и
ленты по ширине. Толщина материала
до 10 мм (разные типы ножниц)
РЕЗКА ЛИСТОВОГО МЕТАЛЛА НОЖНИЦАМИ
Продолжение табл. 2
Тнп ножннп и схема Рабочие элементы режущих инструментов Основное применение
Вибрационнь 1 е Число ходов 2000—25 000 в минуту Ход ножа 2—3 мм Передний угол Р = 6 4- 7°. Угол створа (р = 24-}- 30° Резка криволинейных заготовок по разметке или шаблонам с малым ра- диусом (до г — 15 мм). Толщина ма- териала до 10 мм
1 -Ф- 1 — L,.
г 1
Отрезны е шт й- ампы г у>«0 Передний угол р = 2 4- 3е. Угол створа ф — 0 Резка полос на штучные заготовки
РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ
4R I / УСИЛИЕ РЕЗАНИЯ ЛИСТОВОГО МЕТАЛЛА НОЖНИЦАМИ 17
Различные способы резки листового металла и типы режущих инструментов при-
ведены в табл. 2.
В цехах металлических конструкций и заготовительных цехах некоторых за-
водов производится резка сортового и профильного проката на специальных пресс-
ножницах усилием до 1600 Т при наибольшем размере сечения @250 мм. Способы
резки профилей и типы применяемого инструмента приведены в специальной литера-
туре.
2. УСИЛИЕ РЕЗАНИЯ ЛИСТОВОГО МЕТАЛЛА НОЖНИЦАМИ
Для определения усилий при резке ножницами рекомендуются формулы, при-
веденные в табл. 3.
Таблица 3. Формулы для определения усилий резания ножницами
Дисковыми ножни
цами
Обозначения:
L — длина реза в мм\
ф — угол створа ножниц в ерад\
Gcd — сопротивление срезу в кГ)мм2, находимое по таблицам, приведенным
в V разделе;
hn — глубина вдавливания ножей к моменту скалывания в мм
а — угол захвата роликовых ножниц в град.
18
РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ
Учитывая наличие изгиба при резке, а также неравномерность толщины мате-
риала и притупление ножей, расчетное усилие обычно увеличивают на 30% и пол-
ное усилие резания принимают равным Рп= 1,3 Р, для чего в формулах вместо
аср может быть принята величина ав 1,3 аер.
В производственных условиях усилие резания гильотинными ножницами обычно
не подсчитывают, так как в паспорте ножниц содержатся указания о предельной тол-
щине и наибольшей длине разрезаемых стальных листов (ов>45 кГ1юР).
з. резка листового металла штампами
Процесс резания штампами при вырубке, пробивке и других операциях анало-
гичен процессу резания ножницами. В данном случае пуансон и матрица являются
как бы ножами замкнутой конфигурации, имеющими сопряженные режущие кромки.
__________________ Последовательность процесса выруб-
Рис. 3. Последовательность процесса вы-
рубки: а — при нормальном зазоре: 6 —
при малом зазоре
ки показана на рис. 3.
Процесс резания штампами также со-
стоит из трех стадий: упругой, пластиче-
ской и скалывания.
В первой стадии происходит упругий
изгиб металла с легким выдавливанием
его в отверстие матрицы. При этом на-
пряжения в металле не превосходят пре-
дела упругости (рис. 3, /).
В пластической стадии происходит
вдавливание пуансона в металл и выдав-
ливание его в отверстие матрицы.
Вдавливание пуансона происходит не
по всей торцовой поверхности, а лишь по
кольцевому (или иной формы в плане)
пояску шириной в. Такое же вдавливание
наблюдается и со стороны матрицы. От-
печатки от локализованного вдавливания
пуансона и матрицы остаются на выруб-
ленной детали и отходе в виде смятой по-
лоски вдоль контура резания.
В результате локализованного вдав-
ливания пуансона и матрицы возникает
круговой изгибающий момент Му образо-
ванный силами резания, условно пред-
ставленными на рис. 3,// равнодействую-
щими нормальных напряжений.
Под действием кругового изгибаю-
щего момента заготовка получает про-
странственный изгиб (выпучивание), при
котором в наружной (выпуклой) стороне
заготовки возникает напряженное состоя-
ние двухосного растяжения, а на внут-
реиней стороне — состояние двухосного
сжатия.
Непосредственно под режущей кром-
кой пуансона создается напряженное сос-
тояние объемного сжатия, а над режущей кромкой матрицы — напряженное состоя-
ние с напряжениями радиального растяжения. Первое более благоприятно для плас-
тического течения металла, а второе — менее благоприятно и способствует возник-
новению микротрещины в зоне резания.
К концу второй стадии напряжения вблизи режущих кромок достигают макси-
мальной величины, соответствующей сопротивлению металла срезу (сдвигу).
РЕЗКА ЛИСТОВОГО МЕТАЛЛА ШТАМПАМИ
19
В третьей стадии процесса вырубки у режущих кромок матрицы образуются ска-
лывающие трещины (рис. 3, ///). После дальнейшего погружения пуансона и исчер-
пания местной пластичности металла скалывающие трещины возникают и у режу-
щих кромок пуансона (рис. 3, IV). Эта последовательность скалывания подтверж-
дается тем, что блестящий поясок, соответствующий пластической стадии резания на
отходе, значительно шире, чем на детали, что до сих пор не находило объяснения.
Скалывающие трещины, направленные по линиям наибольших деформаций сдви-
га (поверхностям скольжения), быстро распространяются на внутренние слои метал-
Рис. 4. Форма среза и глубина наклепан-
ного слоя при вырубке с различным числом
ходов пресса: а — 60 ход/мин; б — 120
ход/мин; в — 330 ход/мин; г — 450 ход/мин
ла и вызывают отделение вырезаемой
детали.
Во время первой и второй стадий
вырубки скорость погружения пуан-
сона уменьшается, а с начала третьей
стадии резко увеличивается. При даль-
нейшем движении пуансон проталки-
вает вырезанную деталь через рабо-
чую шейку матрицы.
Рис. 5. Последовательность процесса
вырубки — пробивки в совмещенных
штампах
В случае нормального зазора между пуансоном и матрицей гг поверхности сдви-
га (линии скольжения), возникающие у режущих кромок пуансона, совпадают с
поверхностями сдвига и трещинами, возникшими у режущих кромок матрицы,
и образуют общую криволинейную поверхность скалывания (рис. 3, а).
При малой величине зазора г2 и большой толщине материала поверхности сдви-
га, идущие от кромок пуансона, не совпадают с поверхностями сдвига, возникшими
у кромок матрицы.
Оставшаяся кольцевая перемычка перерезается при дальнейшем погружении
пуансона с возникновением новых скалывающих трещин, причем на детали обра-
зуются надрыв и двойной срез с протянутым заусенцем (рис. 3, 6). Поверх-
ность отверстия получается сравнительно гладкой, лишь в нижней части обра-
зуется небольшой шероховатый скол. Поэтому, если требуется получить отверстие с
гладкими ровными стенками, следует производить пробивку с малым зазором между
пуансоном и матрицей.
РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ
При вырубке с малым зазором твердых материалов двойного среза обычно не по-
лучается. В случае очень большого зазора на поверхности образуются рваные зау-
сенцы от затягивания и обрыва металла в зазоре.
После возникновения скалывающих трещин величина изгибающего момента
резко падает, вследствие чего происходит уменьшение кривизны вырубаемой детали,
увеличение ее размеров и распор детали в отверстии матрицы.
Металлографические исследования макро- и микроструктуры вырубленных Де-
талей показывают, что металл в зоне резания претерпевает значительные структур-
ные изменения и наклепывается. Глубина наклепанного слоя зависит от толщины мате-
риала, его свойств и первоначальной структуры, величины зазора и качества режущих
кромок, а также от скорости вырубки.
На рис. 4 показано влияние скорости вырубки на форму среза вырубленной де-
тали и на глубину наклепанного слоя при вырубке тонколистовой стали с числом
ходов пресса 60, 120, 330 и 450 в минуту.
При небольшом числе ходов пресса (60 ход/мин, рис. 4, а) глубина вдавливания
пуансона до момента образования скалывающих трещин составляет 64% толщины
материала. Пластическая стадия процесса вырубки сильно развита, а наклепанная
зона довольно значительна.
При увеличении числа ходов пресса до 120 и 330 ход!мин (рис. 4, б и в) и увели-
чении начальной скорости вырубки глубина вдавливания пуансона уменьшается со-
ответственно от 50 до 27%. Пластическая стадия процесса значительно уменьшается,
в связи с чем уменьшается величина наклепанной зоны металла.
Наконец при быстроходной штамповке с числом ходов пресса 450 ход/мин
(рис.4, г) пластическая стадия и глубина вдавливания пуансона снижается до 14%,
наибольшее развитие получает третья стадия процесса — скалывание. Большая
часть поверхности среза представляет собой сравнительно ровный скол. Глубина
наклепанного слоя невелика.
При проталкивании вырубленных деталей в отверстие матрицы пуансон затя-
гивает часть металла в зазор между матрицей и пуансоном и образует кольцевой зау-
сенец на отходе (на рис. 4 не показан).
УСИЛИЕ РЕЗАНИЯ ПРИ ВЫРУБКЕ И ПРОБИВКЕ
21
При вырубке в совмещенных штампах с прижимом заготовки (рис. 5) величина
изгиба детали уменьшается и меняются схемы напряженного состояния у внутрен-
него пуансона и матрицы. В результате возникают скалывающие трещины сначала
в верхней части (у матрицы и пуансона — рис. 5, а), а затем в нижней — у пуансона-
матрицы (рис. 5, б). Ввиду отсутствия начальной упругой кривизны вырубаемые
в совмещенных штампах детали получаются более точными, а форма более прямоли-
нейной (рис. 5, в).
В ряде случаев встречается необходимость резки в штампах профилированного
материала (рис. 6)1.
Простые профили (рис. 6, а) могут отрезаться односторонней резкой (без отхода).
Сложные профили (рис. 6, б — е) обычно отрезаются двухсторонней резкой (с отходом).
Во избежание искажения профиля при резке он или прижимается к матрице
прижимом, или удерживается между нижней и верхней матрицами (рис. 6, б — е).
В последнем случае профиль не поднимают вверх, а подают по зазору между матри-
цами Ширина отрезаемой перемычки обычно составляет от 1,5 до 2 толщин материала.
На рис. 6, ж показана разрезка тонкостенных труб толщиной до 3 мм и диаметром
до 50 мм остроконечным плоским пуансоном. Для уменьшения смятия трубы в на-
чале врезания пуансона разжимные матрицы обжимают трубу по форме, показанной
на рис. 6, и.
На рис. 6, в изображен профиль конца пуансона1, а на рис. 6, и — положение тру-
бы в матрице перед разрезкой. Ширину пуансона и просвет между матрицами для резки
труб указанного размера берут равными 3—4 мм. Недостатком этого способа
является то, что часть стружки в начале резания заворачивается внутрь и мешает
резанию.
На рис. 6, к приведена видоизмененная форма ножа, благодаря изменению ко-
торой отход от верхней четверти трубы отламывается от нижней четверти и падает
внутрь трубы.
4. УСИЛИЕ РЕЗАНИЯ ПРИ ВЫРУБКЕ И ПРОБИВКЕ
В процессе вырубки — пробивки листового металла возникает сложное неод-
нородное силовое поле, сконцентрированное вблизи режущих кромок пуансона и
матрицы. На рис. 7, а приведена схема сил, действующих на заготовку при вырубке
без прижима.
Пуансон вдавливается в листовую заготовку не по всей торцовой поверхности,
а лишь по кольцевому (или иной формы) пояску шириной в. Такое же вдавливание
происходит и со стороны матрицы. Давление пуансона и матрицы по ширине пояска
распределено неравномерно, как показано на рис. 7, а. Оно может быть заменено рав-
нодействующими удельных усилий Рх и Р2, приходящихся на единицу длины контура.
Таким образом, при вырубке — пробивке возникает пара сил Рх и Р2 с плечом
а, создающих круговой изгибающий момент М. под действием которого заготовка
изгибается и выпучивается. В результате изгиба заготовки возникает давление ме-
талла на наружную поверхность пуансона и распирающее давление на кромки мат-
рицы (на рис. 7, а показаны реактивные удельные усилия Q и Р). Кроме нормальных
сил Рх, Р2, Р и Q на поверхность заготовки действуют касательные усилия р,Рх,
и М-Я» созданные силами трения. Наиболее значительны из них силы р,Р и
p,Q.
Ввиду сложности и неоднородности силового поля при вырубке—пробивке в.
технологических расчетах применяется условная технологическая
величина — сопротивление срезу
р
1 max „ , „
°ср = ~LS~ кГ^мм '
которая объединяет все виды сопротивления вырезаемого металла и автоматически
учитывает упрочнение металла к моменту скола.
1 Резка сортового и профильного проката, производимая на пресс-ножницах, в справоч-
нике не рассматривается.
22
РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ
Сопротивление срезу является условной величиной вследствие того, что усилие
отнесено к полной боковой поверхности детали, что не соответствует действительности
(см. рис. 3).
Правильнее было бы отнести максимальное усилие к оставшейся нлощади по-
верхности заготовки к моменту начала скалывания шириной S — h. Однако глу-
бина вдавливания h не является постоянной величиной для данного металла, так
как зависит и от величины зазора, и от скорости вырубки (см. рис. 4), что затруд-
няет практическое применение этой величины.
Р
Рис. 7. Схема сил, действующих иа заготовку (а) и изменение сопротивления срезу в процессе
вырубки (6) (зазор 10% S, кривая 5 — зазор 4%)
I)
Между сопротивлением срезу оср и пределом прочности при растяжении ов
установлена корреляционная зависимость.
При малой скорости деформации (на испытательной машине)
оср = (0,65 4- 0,75) ов.
При вырубке на кривошипных прессах с числом ходов до 180 в минуту
оср = (0,8 4- 0,86) ов.
Усилие резания и сопротивление срезу при вырубке и пробивке не остаются
постоянными, а изменяются на протяжении рабочего хода. Диаграмма изменения соп-
ротивления срезу в зависимости от погружения в металл представлена на рис. 7, б.
На диаграмме приведены кривые для следующих материалов: 1 — алюминий; 2 —
малоуглеродистая сталь; 3 — сталь с содержанием 0,2—0,3% С; 4 — высокоуглеро-
дистая сталь. Все материалы в отожженном состоянии.
Из диаграммы видно, что сопротивление срезу изменяется в процессе вырубки
аналогично условным напряжениям при испытании на растяжение. Наивысшая точка
каждой кривой соответствует наибольшему сопротивлению срезу, т. е. окончанию
второй стадии процесса вырубки. Перегиб кривой характеризует возникновение ска-
лывающих трещин у матрицы. Конец кривых соответствует совпадению скалывающих
УСИЛИЕ РЕЗАНИЯ ПРИ ВЫРУБКЕ И ПРОБИВКЕ
23
трещин и окончанию третьей стадии процесса. Штриховыми линиями показано па-
дение усилия до нуля.
Одинаковый характер кривых среза и растяжения, наличие тех же трех стадий
деформации (упругой, пластической и разрушения) свидетельствуют об аналогии
между процессами вырубки и растяжения; однако вид напряженного состояния и
характер разрушения в этих процессах различны.
Вдавливание пуансона в материал к моменту скалывания аналогично процессу
образования шейки при растяжении к моменту разрыва образца.
Необходимое для вырубки и пробивки усилие зависит от длины периметра из-
делия или отверстия, толщины и механических свойств материала, величины зазора
и состояния режущих кромок.
Таблица 4. Формулы для определения усиди! вырубки штампами
с параллельными режущими кромками
Конфигурация детали Расчетное усилие вырубки Требуемое усилие пресса
Любая Круглая £ S к II II а. Рп — LSue 4“ Q6 Рп = ndSoe 4“ Qe
Обозначения: L — длина периметра резания в мм\ d — диаметр детали в мм\ Q6— усилие для сжатия буфера, прижима, съемника в кГ
В табл. 4 приведены формулы для расчета усилий резания штампами с параллель-
ными режущими кромками и определения требуемого усилия пресса.
Требуемое усилие пресса берется больше расчетного усилия вырубки и обычно
принимается с поправочным коэффициентом 1,3, учитывающим наличие побочных
явлений при вырезке, неравномерность толщины материала и затупление режущих
кромок. Учитывая, что сср^0,86 св и принимая коэффициент 1,3, требуемое усилие
пресса можем определить по тем же формулам с заменой оср на ofi,
В случае применения пружинного, резинового или пневматического съемника,
прижима или выталкивателя к расчетному усилию вырубки прибавляется усилие на
сжатие буфера.
Сопротивление срезу зависит от механических свойств металла, степени предва-
рительного наклепа, а также от относительной толщины вырубки, величины зазора
и состояния режущих кромок.
При уменьшении отношения размера вырубки к толщине материала (d/S<30)
сопротивление срезу снижается до 20%, например для стали 10—20:
Отношение --
О
° ср в кГ1ММ'2
°ср:°в
30 15 10 7,5 5
35 32 30 29 28
0.87 0,8 0.75 0.72 0.7
Изменение величины зазора в пределах от 10 до 1% на сторону ие оказывает
практического влияния на сопротивление срезу. Увеличение сопротивления срезу
происходит лишь при зазорах порядка 1% S.
В технологических расчетах сопротивление срезу принимается равным аср =
= (0,8 ч- 0,86) ив.
В табл. 5 приведены средние значения сопротивления срезу, применяемые на
практике, а в табл. 6 — величины относительного вдавливания пуансона в материал
до образования скалывающих трещин при вырубке с малой скоростью.
24
РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ
Таблица 5. Сопротивление срезу для различных металлов
Материал Сопротивление срезу аСр в кГ/мм* для материала Материал Сопротивление срезу GCp в кГ/мм2 материала
отожжен- ного накле- панного отожжен- ного накле- панного
Сталь листовая с 0,1 %С > 0,2%С » 0,3%С > 0,4%С « 0,6%С > 0,8%С > 1,0%С Кремнистая сталь Нержавеющая сталь Листовая бронза 25 32 36 45 56 72 80 45 52 36 32 40 48 56 72 90 105 56 56 50 Нейзильбер Латунь Медь Дуралюмин Алюминий Магниевые спла- вы (холодные) Магниевые спла- вы (подогретые до 300Х) Цинк Свинец Олово 32 25 20 22 10 14 5 12 2- 3- 50 38 28 38 15 16 7 20 -3 -4
Так как на практике приходится иметь дело с материалами определенных марок
по ГОСТам, то для удобства практического использования в пятом разделе справоч-
в)
Рис. 8. Различные типы скоса режущих кромок
ника приведены данные по сопротивлению срезу и механическим свойствам для мате-
риалов различных марок по ГОСТам, применяемых в холодной штамповке. Сведения
по сопротивлению срезу при вырубке неметаллических материалов приведены в гл. VII.
УСИЛИЕ РЕЗАНИЯ ПРИ ВЫРУБКЕ И ПРОБИВКЕ
25
Таблица 6. Относительная глубина вдавливания пуансона в материал
г_________________________________Лл
Материал Значения С при толщине материала в мм
до 1 1-2 2-4 | свыше 4
Сталь мягкая Оср ~ 25 4- 35 кГ1мм2; Ов = 30 4- 40 кПмм2 0,75—0,70 0,70-0,65 0,65—0,55 0,5—0,40
Сталь средней твердости оСр = 35 4- 50 кГ 1мм2; ов = 40 4- 55 кГ 1мм2 0,65-0,60 0,60—0,55 0,55-0,48 0,45-0,35
Твердая сталь Оср 13 50 4“ 70 кГ 1ммР; ов = 55 4- 75 кГ 1мм2 0,50—0,45 0,45-0,40 0,40-0,35 0,35-0,20
Алюминий, медь (отож- женные) 0,8-0,75 0,75-0,70 0,70—0,60 0,65-0,50
Примечания:
1. Приведенные в таблице данные относятся к вырубке с малой скоростью при нор-
мальной величине зазоров между пуансоном и матрицей (см. табл. 12).
2. При малых зазорах относительная глубина вдавливания увеличивается.
3. При вырубке с завалом режущих кромок пуансона или матрицы скалывание от-
сутствует и — = 1.
4. При вырубке на быстроходных прессах (400—600 ход/мин} относительная глубина
вдавливания уменьшается от 3 до 5 раз.
Для уменьшения усилий резания при вырубке толстого материала или де-
талей больших размеров применяют штампы со скошенными режущими кромками
пуансонов или матриц. Различные типы скоса режущих кромок приведены на
рис. 8.
При вырубке деталей пуансон должен быть плоским, а скос делается на матрице
(рис. 8, а, б). Деталь получается плоской, а отход изогнутым. Скос должен быть дву-
сторонним и симметричным относительно центра давления штампа.
При пробивке отверстий матрица должна быть плоской, а скос делается на пуан-
соне (рис. 8, в, г, д), вследствие чего деталь остается плоской, а отход изгибается.
Односторонний скос режущих кромок применяется лишь при надрезке с отгиб-
кой (рис. 8, е). В других случаях односторонние скосы делать не рекомендуется.
Обычно применяемые величины двусторонних скосов приведены в табл. 7.
На диаграмме (рис. 9) показано уменьшение требуемых усилий при вырубке в
штампах с различным скосом режущих кромок.
При многопуансонной вырубке или пробивке пуансоны делают разной длины
(рис. 10), вследствие чего усилия не совпадают во времени и не суммируются.
26
РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ
Таблица 7. Обычно применяемые величины скосов
Толщина материала S в мм Скос Н в мм Угол скоса <р в град Среднее усилие резания в % от Pmax
До 3 2S До 5 30—40
3-10 S До 8 60—65
Ступенчатая длина пуансонов применяется не только для уменьшения усилия
вырубки, но главным образом для уменьшения износа и повышения стойкости пуан-
сонов; с этой целью тонкие пуансоны делают более короткими. Величина Н (рис. 8)
для тонких материалов обычно берется равной толщине материала, а для толстых —
половине толщины материала.
Рис. 9. Диаграмма уменьшения уси-
лий при вырубке в штампах со скосом
режущих кромок (Н — величина скоса)
Рис. 10. Ступенчатое расположение
пуансонов
Определение усилий при вырубке в штампах со скошенными режущими кром-
ками производится по формулам, приведенным в табл. 8.
Усилие пресса берется больше расчетного усилия и обычно принимается в соот-
ветствии с указанным на стр. 23. Следовательно, для подбора пресса полное усилие
вырубки может быть определено по формулам табл. 8 с заменой сср на ав и добавлением
усилия на сжатие буфера
Усилие, необходимое для снятия полосы с пуансона, определяется по формуле
Рсн — kCHP,
где Р — полное усилие вырубки в кГ;
kCH — коэффициент, определяемый в зависимости от типа штампа и толщины
материала по табл. 9.
При многопуансонной пробивке усилие съема с пуансонов увеличивается вслед-
ствие образования распора материала, достигающего значительной величины.
Усилие, необходимое для проталкивания детали через матрицу с цилиндричес-
кой шейкой, определяется по формуле
Рпр — ^пр Рп*
где knp — коэффициент, устанавливающий соотношение между Рпр и Р\
п— £-----количество деталей, находящихся в шейке матрицы (h — высота ци-
линдрической шейки в мм, S — толщина вырубаемых деталей в мм),
В случае вырубки с обратным выталкиванием n = 1.
УСИЛИЕ РЕЗАНИЯ ПРИ ВЫРУБКЕ И ПРОБИВКЕ
27
Таблица 8. Приближенные формулы для определения усилий при вырубке
в штампах со скошенными режущими кромками
Тип вырезки Тип скоса по рис. 8 Формулы усилий вырубки
Общий случай вырубки со скосом режущих кромок а б в г д Упрощенная формула Р = LSccpk k — коэффициент для L до 200 мм = S k = 0,44-0,6 При Н = 2S k = 0,2 4- 0,4
Прямоугольная вырубка с двусторонним скосом режущих кромок а б При Н > S Р = 2оср[а + Ь При Н = S Р = 2SoCp (с + 0,5*)
Квадратная вырубка с четы- рехсторонним скосом в = 4S20Cp tg<p
Круглая вырубка с двусто- ронним скосом а б в При H = S Р = QffindSGcp
Надрезка прямоугольной фор- мы с односторонним скосом е При Н > S Р = Socp^а-}- b При Н = S Р = Socp (а 4- Ь)
Обозначения: Н — высота скоса в мм; ср — угол скоса в град; а и b — ширина и длина прямоугольной вырубки в мм; d — диаметр круглой вырубки в мм. Примечание. Уточненные формулы см. [34].
28
РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ
Таблица 9. Величина коэффициента ксн для определения усилия снятия
с пуаисоиа
Толщина материала в мм Коэффициент kCH в зависимости от типа штампа
одиопуансонного вырубного илн пробивного последовательного (пробивка—вырубка) многопуаисоииого пробивного
До 1 0,02-0,06 0,06—0,08 0,10-0,12
1-5 0,06-0,08 0,10-0,12 0,12-0,15
Свыше 5 0,08-0,10 0,12-0,15 0,15-0,20
Коэффициент knp составляет в среднем при вырубке на провал knp~ 0,05 ч- 0,10;
при вырубке с обратным выталкиванием knp — 0,07 0,14; причем наибольшие зна-
чения относятся к более тонким материалам.
В случае обратного выталкивания вырезанной детали усилие выталкивания уве-
личивается вследствие выпучивания детали и распора, создаваемого при выталки-
вании в обратном направлении.
Работа резания при вырубке плоскими кромками определяется по формуле
PS
А 1000 кГ'м’
где Р — полное усилие вырубки в кГ\
Рср
х — коэффициент, определяемый из соотношения х = — (Рср — усреднен-
ное усилие вырубки).
Величина коэффициента х зависит от рода и толщины материала. Его значения
приведены в табл. 10 (при вырубке с небольшим числом ходов пресса).
Для разных материалов (иср = 30 кГ 1мм2 и аср = 60 кГ/мм2) при одной и той
же толщине материала и одном и том же диаметре вырубки усилия вырубки Р во вто-
ром случаев два раза больше, чем в первом. Однако Рср увеличивается только на 30—
40% вследствие уменьшения относительной глубины вдавливания h/S и более ран-
него момента скалывания. Поэтому величина коэффициента х изменяется (умень-
шается) пропорционально относительной глубине вдавливания. Работа резания изме-
няется пропорционально Рср, т. е. в данном случае увеличивается на 30—40%.
Приведенные данные относятся к вырубке с нормальной величиной зазора между
пуансоном и матрицей (см. табл. 12). При малых зазорах величина коэффициента
х значительно увеличивается, а при вырубке на быстроходных прессах умень-
шается.
Из формулы работы резания видно, что усилие вырубки лимитируется предель-
ной величиной работы пресса, иначе электродвигатель будет перегружен по мощности,
что приведет к уменьшению числа оборотов и перегреву обмотки. Поэтому подбор
пресса следует производить не только по усилию, но и по работе резания.
Работа резания при скошенных режущих кромках определяется по формуле
А — х Р S + H кг . м
А~Х1И 1000 1 ’
где Р — усилие резания скошенными кромками в кГ\
Н — высота скоса в мм\
X} — коэффициент, приближенно принимаемый для мягкой стали: при Н = S
0,5 -н 0,6, при Н = 2S х± ж 0,7 4- 0,8.
УСИЛИЕ РЕЗАНИЯ ПРИ ВЫРУБКЕ И ПРОБИВКЕ
29
Таблица 10. Значения коэффициента х = —~
Материал Коэффициент х при толщине материала в мм
До 1 | 1-2 1 2—4 Свыше 4
Сталь мягкая сср = 25 4- 35 кГ 1мм2 0,70—0,65 0,65-0,60 0,6—0,50 0,45-0,35
Сталь средней твердости аср = 35 4- 50 кГ > мм2 0,60-0,55 0,55—0,50 0,50-0,42 0,40-0,30
Твердая сталь сСр = 50 4- 70 кГ 1мм2 0,45-0,40 0,40-0,35 0,35-0,30 0,30—0,15
Алюминий, медь (отожжен- ные) 0,75-0,70 0,70-0,65 0,65—0,55 0,50-0,40
На рис. 11 приведена зависимость усилия и работы резания скошенными кром-
ками от величины скоса [255]. Как видно из рис. 11, а, усилие резания с увеличе-
нием скоса значительно уменьшается, а работа резания, наоборот, увеличивается
(рис. 11,6).
Рис. 11. Зависимость усилия и работы резаиия скошенными кромками
от H/S и z/S
Пример. Определить расчетное усилие вырубки круглой заготовки диаметром
d = 100 мм, толщиной 1 мм из стали 20кп. Найти требуемое усилие пресса, учитывая,
что вырубка происходит с обратным выталкиванием детали и пружинным съемом
отхода с пуансона.
По табл. 289 находим сопротивление срезу для стали 20кп: GcP = 33 кПмл&\
оь — 39 кГ/мм\
30
РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ
Расчетное усилие вырубки (по табл. 4)
Р = ndSocP = 314 • 33 = 10 360 кГ.
Давление нижнего буфера 0,1 Р. Давление сжатия пружин съемника 0,06 Р.
Усилие пресса
Рпр = 1,ЗР + 0,16Р = 1,46Р = 15 125 кГ.
Берем кривошипный пресс усилием 16 Т.
Работа резания при плоских режущих кромках штампа
По табл. 10 х = 0,65, тогда
А = 0,65-15.1 =9,8 кГ • м.
5. ЗАЗОРЫ МЕЖДУ МАТРИЦЕЙ И ПУАНСОНОМ
Зазором называется разность между размерами рабочих частей матрицы и пуан-
сона. Зазоры имеют большое технологическое значение в процессе резания листовых
материалов как в отношении качества изделий и влияния иа стойкость штампов,
так и в отношении расхода энергии. На рис. 3 был приведен процесс вырубки с нор-
мальным (см. рис. 3, а) и слишком малым (рис. 3, б) зазорами, а также показан ха-
рактер получаемой при этом поверхности среза и ее дефектов.
Рис. 12. Образование заусенцев при затуплении режущих кромок
Заусенцы и дефекты поверхности среза получаются также в результате неравно-
мерного распределения зазора по периметру и при большом затуплении режущих
кромок пуансона и матрицы. На рис. 12 изображена схема образования заусенцев в
результате значительного затупления режущих кромок. В случае затупления режу-
щих кромок пуансона заусенцы образуются на вырезаемой детали (рис. 12, а). При
затуплении матрицы заусенцы возникают вокруг пробитого отверстия (рис. 12, б).
Наконец, если затупились и матрица, и пуансон, заусенцы образуются и на детали,
и вокруг отверстия на материале (рис. 12, в).
Необходимо указать, что незначительное притупление режущих кромок (г =
= 0,054- 0,1 мм) в случае вырубки из стали толщиной свыше 1 мм не вызывает появле-
ния заусенцев и повышает стойкость штампа. Так, при чистовой вырубке с зазором
порядка 0,01 мм, а также при зачистке рекомендуется искусственное притупление
режущих кромок. Такое же притупление рекомендуется у режущих кромок пуансона,
работающего в паре с твердосплавной матрицей. При вырубке тонких материалов
притупление режущих кромок недопустимо.
Многообразие производственных условий и различие предъявляемых к деталям
требований по чистоте среза и точности размеров не позволяют установить единую
величину зазора, одинаково пригодную для всех случаев штамповки.
ЗАЗОРЫ МЕЖДУ МАТРИЦЕЙ И ПУАНСОНОМ
31
Таблица 11. Примерные величины односторонних зазоров для разных
случаев штамповки
Область применения Толщина мате- риала в мм Величина односто- роннего зазора в % от $
Обычная вырубка и пробивка стали До 0,2 0,3-3,0 3-10 10-25 0 (без зазора) 3-6 6-10 10-15
Пробивка отверстий с гладкими стенками До 3 3 10 10 25 05 N5 ос ог
Вырубка и пробивка алюминия До 3 3-10 2-4 4-6
Вырубка и пробивка нержавеющей стали 1Х18Н9Ф1 и 1Х18Н9Т До 3 3-10 0,02—0,03 мм 0,04-0,05 мм
Вырубка и пробивка электротехнической стали ЭИ—Э22 и Э31—Э48 — 3-6
Штамповка на быстроходных прессах До 3 6- 10
Вырубка весьма крупных деталей из тонколистового металла До 2 8-10
Чистовая вырубка (с прижимом и попе- речной осадкой) До 8 0,01 мм '
Чистовая вырубка мелких деталей типа гаек из толстого материала Свыше 6 1-2 1
Необходимо различать следующие основные случаи штамповки.
1. Обычная вырубка и пробивка деталей, не требующих чистого среза и допус-
кающих сколы на боковой поверхности. В этом случае применяют нормальные
зазоры.
2. Пробивка отверстий с гладкими стенками (или с незначительным сколом),
производимая при пониженной величине зазоров.
3. Вырубка толстолистовых деталей, допускающих сколы на боковой поверх-
юсти, для которых требуется применение увеличенных зазоров.
4. Вырубка небольших деталей из толстолистового металла (типа гаек) с чистой
Поверхностью среза, осуществляемая при малой величине зазора и заваленных
Режущих кромках матрицы.
5. Вырубка и пробивка мягкого алюминия, обычно не дающего надрывов, про-
изводимая при пониженной величине зазоров.
32
РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ
Таблица 12. Величины начальных зазоров при изготовлении
вырубных и пробивных штампов (зазоры диаметральные или
двусторонние) в мм
| Толщина материала в мм Начальный зазор Толщина материала в мм Начальный зазор
наименьший наибольший наименьший наибольший
0,3 0,02 0,04 6 0,8 1,0
0,5 0,03 0,06 7 1,3
0,8 0,05 0,08 8 1,3 1,6
1,0 0,06 0,10 9 1,5 1,8
1,2 0,08 0,12 10 1,8 2,2
1,5 0,10 0,16 11 2,1 2,5
1,8 0,12 0,20 12 2,4 2,7
2,0 0,14 0,22 13 2,7 3,0
2,2 0,17 0,25 14 3,0 3,4
2,5 0,20 0,28 15 3,3 3,7
2,8 0,22 0,32 16 3,6 4,0
3,0 0,24 0,36 17 3,9 4,4
3,5 0,32 0,46 18 4,2 4,7
4,0 0,40 0,56 19 4,5 5,0
4,5 0,50 0,68 20 4,9 5,4
5 0,6 0,8
Примечания:
I. Наименьшие начальные зазоры являются номинальными. Наибольшие начальные
зазоры учитывают увеличение их за счет допусков на изготовление пуансона и матрицы.
2. При пробивке отверстий с гладкими стенками в материале толщиной до 5 мм
зазоры брать по нижнему пределу, указанному в данной таблице, для более толстых ма-
териалов — согласно табл. II.
3. Для вырубки н пробивки мягкого алюминия толщиной до 5 мм зазоры брать по
нижнему пределу, а для вырубкн н пробивки твердых материалов (Og > 50 кГ/мм?) — по
верхнему пределу, указанному в таблице.
6. Вырубка и пробивка хромоникелевой нержавеющей стали (1Х18Н9), осуще-
ствляемая при пониженной абсолютной величине зазоров.
7. Вырубка и пробивка высоконикелевых сплавов (пермаллой и др.), производи-
мая при нормальной величине зазоров.
8. Вырубка с сильным прижимом материала, в результате которой получают
чистую поверхность среза при малой величине зазора.
9. Вырубка на быстроходных прессах (> 200 ход/мин), для которой необходимо
применение увеличенных зазоров с целью повышения стойкости штампов.
10. Вырубка на маломощном оборудовании, при которой требуются увеличенные
зазоры вследствие значительного пружинения станины и перекоса пуансона.
Примерные величины односторонних зазоров приведены в табл. 11.
Исследованиями установлено, что уменьшение зазора в 10 раз (с 0,1 до 0,01 S
на сторону) мало изменяет сопротивление срезу и величину усилия, но увеличивает
работу резания (до 60%).
Разница в величине зазоров для разных материалов (за исключением алюминия
и высокоуглеродистой стали) сравнительно невелика, к тому же она практически
перекрывается колебаниями допусков на изготовление пуансонов и матриц. По-
ЧИСТОВАЯ ВЫРУБКА, ПРОБИВКА И ОТРЕЗКА
33
этому для практического пользования следует применять величины зазоров без раз-
граничения по роду материала, согласно табл. 12, в которой приведены предельные
величины начальных зазоров, допустимых при изготовлении вырубных и пробивных
штампов. В процессе эксплуатации и износа рабочих частей штампов зазоры увели-
чиваются и становятся больше приведенных в таблице.
При штамповке материалов толщиной менее 0,2 мм практически применяют без-
зазорные штампы. В этом случае рабочий контур незакаленного пуансона получается
прошивкой его через закаленную матрицу. При пробивке мелких отверстий (d <
< 0,5 S) величина зазора берется от 0,01 до 0,015S.
Основные правила направления зазоров.
1. При вырубке наружного контура зазор берется за счет уменьшения размеров
пуансона. Размер матрицы принимается равным наименьшему предельному размеру
детали.
2. При пробивке отверстий зазор образуется за счет увеличения размеров
матрицы. Размер пуансона берется равным наибольшему предельному размеру от-
верстия.
6. ЧИСТОВАЯ вырубка, пробивка и отрезка
Обычная вырубка и пробивка листового материала дают неровную, слегка косую
и шероховатую поверхность среза (см. рис. 3, а).
Шероховатость поверхности блестящего пояска, замеренная профилографом
вдоль контура вырубки, соответствует 7—8-му классам по ГОСТу 2789—59.
Наибольшее практическое значение имеет оценка неровности среза (скола) по
толщине детали, зависящего от толщины материала и величины зазора между пуан-
соном и матрицей. ГОСТ 2789—59 в данном случае неприменим, так как он пред-
назначен для оценки микрогеометрических неровностей, а не для измерения конус-
ности среза. Однако сравнивая конусность среза со значением Rz по ГОСТу 2789—59,
можно дать следующее ориентировочное сопоставление неровности среза при вы-
резке—пробивке с классами чистоты:
Толщина материала в мм . . . До 1 1—2 2—3 3—4 4—5
Класс чистоты . . 5 4 3 2 1
В ряде случаев изготовления штампованных деталей повышенной точности
(4, 3 и 2-го классов) требуется гладкая и перпендикулярная поверхность среза с ше-
роховатостью поверхности до8-го класса поГОСТу 2789—59. В этом случае применяют
различные способы чистовой вырубки и пробивки, имеющие значительные преиму-
щества по сравнению с дорогой малопроизводительной механической обработкой
резанием и дающие гладкую полированную поверхность среза, перпендикулярную
плоскости изделия, при повышенной точности изготовления.
Сущность способов чистовой вырубки заключается в создании высокого давле-
ния на заготовку и изменении схемы напряженного состояния металла в зоне реза-
ния.
В результате весьма высокого давления на заготовку, достигающего величины
Gfl, в зоне резания возникает напряженное состояние объемного сжатия, которое спо-
собствует устойчивости пластической деформации и пластическому течению металла.
Вследствие этого в процессе вырубки скалывающие трещины не возникают, а срез
получается чистым по всей толщине заготовки. Этот способ применяется для изготов-
ления деталей точного приборостроения толщиной от 1,5 до 20 мм. Шероховатость
поверхности среза соответствует 8-му классу по ГОСТу 2789—59.
На рис. 13 приведены различные способы создания высокого давления на заго-
товку при чистовой вырубке и пробивке.
В первом способе (рис. 13, а) давление создается буферами из тарельчатых пру-
жин. Во втором способе (рис. 13, б), применяемом как для чистовой вырубки неболь-
ших деталей, так и для пробивки чистых отверстий, высокое давление прижимной
колодки создается за счет деформации буфера, составленного из кольцевых пружин
(в свободном состоянии между кольцами имеется зазор).
2 Романовский В. П.
34
РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ
Более совершенным является третий способ чистовой вырубки с поперечной
осадкой заготовки (рис. 13, в). В этом способе вместо прижима по большой поверх-
ности заготовки применен метод местного вдавливания прижима, снабженного реб-
Рнс. 13. Различные способы создания высокого давления
при чистой вырубке (а, б, в) и форма клинового ребра (г)
ром, идущим вдоль наружной конфигурации пуансона. При вдавливании ребра
происходит вытеснение металла заготовки к режущим кромкам и создание интенсив-
ного гидростатического давления в зоне резания. Опускающийся вслед за этим
вырубной пуансон вырезает деталь с гладкой и перпендикулярной поверхностью
Таблица 13. Зависимость
высоты клина и расстояния
до его вершины от толщины
материала
Т олщниа материала Высота клина h Расстоя- ние b вер- шины клина от режущей кромки
мм
2 0,6 1,0
4 1,0 1,5
6 1,2 2,0
8 1,8 2,8
10 2,4 3,2
12 3,0 4,0
среза, соответствующей 8—9-му классам шеро-
ховатости поверхности по ГОСТу 2789—59.
Величина одностороннего зазора 0,005—
0,01 мм. Режущие грани матрицы притуплены
или закруглены радиусом г = 0,1 ~ 0,2 мм.
На рис. 13, г показана форма клинового ребра
с общим углом 75°.
Высота клина и расстояние до его вершины
зависят от толщины материала и приведены в
табл. 13.
Для материалов толщиной до 4 мм клино-
вое ребро делается только на прижиме, а для
материалов толщиной свыше 4 мм — с обеих
сторон и на прижиме, и на матрице, причем ре-
комендуется у одного из ребер расстояние b
сместить на 0,2—0,3 мм.
Типы деталей, изготовляемых чистовой
вырубкой, обычно отличаются весьма сложной
формой контура (рис. 14). Изготовлять клино-
вые ребра такой же конфигурации было бы
весьма сложно и не всегда нужно. На рис. 15
приведены способы упрощения контура клино-
вых ребер для деталей различных очертаний.
При этом соблюдается следующее правило: если
Ширина или впадина на детали меньше 3—4 S, то клиновое ребро обходит их; если
ширина паза бльше 4 5,то клиновое ребро входит внутрь паза.
Усилие, требуемое для чистовой вырубки, составляет от 1,5 до 3,0 расчетного
усилия обычной вырубки.
Общее усилие при чистовой вырубке составляет
Р = Рр + Рчд + РПр<
ЧИСТОВАЯ ВЫРУБКА, ПРОБИВКА И ОТРЕЗКА
35
где Рр — усилие, необходимое для разделения материала (вырубки контура детали);
Рвд — усилие, требуемое для вдавливания клинового ребра;
Рпр — усилие прижима (противодавления).
Усилие резания подсчитывается по формулам для обычной вырубки (см. табл. 4).
Высокое гидростатическое давление почти не влияет на сопротивление срезу.
Усилие нижнего прижима (в кГ) определяется по формуле
Рпр — Fq*
где F — площадь детали в мм а;
q — давление, составляю-
щее от 3 до 7 кГ/мм 2»
а при подчеканке по-
верхности от 10 до
15 кГ/мм 2.
Рис. 14. Типы деталей, изготовляемых чистовой
вырубкой
Рис. 15. Способы упрощения кон-
тура клинового ребра
Значительное усилие требуется для вдавливания клинового ребра. Величина
этого усилия может быть определена по экспериментально установленной формуле
[263]
Рвд я» 4ае lh кГ,
где I — длина ребра по вершине в мм;
h — высота ребра в мм.
Приближенные значения этого усилия, выраженные в кГ на 1 пог. мм, приве-
дены в табл. 14.
Таблица 14. Усилие вдавливания клиновидного ребра в кГ/пог. мм
Материал Усилие вдавливания при толщине материала в мм
2 4 6 8 10 12
Алюминий 25 40 60 80 100 120
Дуралюмин 70 120 140 200 270 320
Малоуглеродистая сталь 100 160 200 280 360 420
Низколегированная сталь 150 240 300 400 520 640
Нержавеющая сталь 200 350 400 500 650 840
2*
36
РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ
Суммарная величина работы, затрачиваемой при чистовой вырубке, составляет
Л = Ар + Авд + Апр кГ • му
где Ар — работа резания в кГ - м ;
Авд — работа, затрачиваемая на вдавливание клинового ребра, в кГ • м\
Апр — работа, затрачиваемая на прижим (противодавление), в кГ • м.
Работа резания в данном случае приближенно равна
LS2 (уСр
Ар'"' 1000” кГ'м-
Работа вдавливания клина приближенно равна
. 0,5Рв(?Л__2ав lh*
вдС^ 1000 ~ 1000
кГ ж.
Работа, необходимая для прижима,
А ГЦ $ кГ • м
ЛпР~ 1000
Приближенно суммарная работа, затрачиваемая при чистовой вырубке, в 2—3,5
раза больше работы, затрачиваемой при обычной вырубке.
Чистовая вырубка с вдавливанием клинового ребра и поперечной осадкой заго-
товки производится на гидравлических прессах тройного действия или механических
прессах с гидравлическими устройствами. Эти прессы имеют небольшое число ходов:
пресс усилием 100 Т работает с числом ходов от 18 до бОходЛиин, пресс усилием 400 Т—
от 6 до 22 ход/мин. Скорость резания при чистовой вырубке составляет около 10—
12 мм/сек.
Последовательность работы автоматизированного гидравлического пресса с ниж-
ним ходом и штампа для чистовой вырубки приведена на рис. 16 [263]. Вырубной
пуансон жестко соединен с неподвижной частью пресса (в разрезе виден паз для план-
ки выталкивателя).
На рис. 16,а изображено исходное положение при раскрытом штампе.
На рис. 16,6 показан момент, когда в результате движения нижнего плунжера
вверх, нижняя часть штампа поднята в верхнее рабочее положение. Штамп закрыт,
клиновое ребро вдавлено в материал.
Процесс чистовой вырубки показан на рис. 16,в. Дальнейший подъем ниж-
него плунжера отжимает верхний плунжер, находящийся под меньшим давле-
нием, и обнажает режущие кромки вырубного пуансона, врезающегося в ме-
талл. При этом пробивной пуансон производит встречное резание. Нижиий съем-
ник отжимает внутренний гидравлический шток и опускается вниз.
На рис. 16,г изображен конец процесса резания по наружному и внутреннему
контуру.
На рис. 16,д показано раскрытие штампа и выталкивание детали и отхода на
лицевую поверхность штампа. Деталь обычно сдувается сжатым воздухом или уда-
ляется иным способом.
На рис. 16,е показано полное раскрытие штампа и подача полосы.
Существует несколько разновидностей способа чистовой вырубки, выполняемых
на гидравлических прессах и штампах различной конструкции (штампы с подвижным
или неподвижным пуансоном). Гидравлические прессы для чистовой вырубки выпол-
няются как с верхним, так и нижним ходом.
Схема автоматизированного гидравлического пресса с нижним ходом фирмы
«Essa» (Швейцария) приведена на рис. 17, а. Точность рабочего хода плунжеров
обеспечивается шариковыми направляющими, создающими сопряжение с упругим
натягом.
На рис. 17, б показана схема гидравлического пресса для чистовой вырубки
с верхним ходом. На схеме указаны: 1 — запорный и предохранительный краиы;
2 — насос; 3 — резервуар.
ЧИСТОВАЯ ВЫРУБКА, ПРОБИВКА И ОТРЕЗКА
37
Прессы данного типа снабжены механизмами для автоматической подачи и выпу-
скаются общим усилием от 60 до 630 Т Кроме указанных гидравлических прессов,
получили применение механогЧдравлические прессы фирмы «Feintool» со специаль-
ной кинематикой, создающей плавный ход ползуна, усилием до 250 Т и гидра-
влические до 1400 Т.
Другим способом чистовой вырубки является реверсивная вырубка (со встреч-
ной надрезкой), приведенная на рис. 18.
Рис. 16. Последовательность работы гидравлического пресса с инжним ходом при
чистовой вырубке
Процесс реверсивной чистовой вырубки происходит следующим образом. Сна-
чала (рис. 18, а) верхние рабочие части штампа опускаются вниз и зажимают заго-
товку. Затем (рис. 18, б) нижний пуансон-матрица движется снизу вверх и врезается
в заготовку на 25% толщины материала. После этого (рис. 18, в) верхний пуансон-
матрица движется сверху вниз на величину, равную Л,55, и производит полный
срез по наружному и внутреннему контуру. Остальные части штампа остаются
неподвижными. Движение частей штампа показано на рис. 18 стрелками.
При этом способе чистовой вырубки — пробивки чистота поверхности среза
соответствует 8—9-му классам. Кроме того, деталь получается с острыми, не зава-
ленными кромками и абсолютно плоской.
Для данного способа чистовой вырубки созданы специальные гидравлические
прессы тройного действия. На рис. 18, г изображен штамп для реверсивной чистовой
вырубки — пробивки, применяемый на указанных прессах тройного действия. Как
38
РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ
видно из рисунка, верхняя и нижняя части штампа полностью симметричны и имеют
одинаковые детали.
В связи'с высокой стоимостью специальных гидравлических прессов примене-
ние их в мелкосерийном производстве или при ограниченном количестве деталей
экономически неэффективно. В этом случае возможно выполнение способа чистовой
вырубки на специально выделенном кривошипном прессе при условии весьма точ-
ного направления рабочих частей штампа и создания требуемого усилия для вдавли-
вания клинового ребра и противодавлении выталкивателя путем применения тарель-
чатых пружин (см. раздел III справочника). Необходимо, чтобы пресс был в хоро-
шем состоянии, работал с небольшим числом ходов и обеспечивал скорость резания
около 10—15 мм!сек.
Известны и другие способы чистовой вырубки и пробивки. К ним относится
способ чистовой вырубки матрицей с завалом и закруглением режущих
кромок (по высоте 0,8—1,0 S, по поверхности 0,1—0,2). В данном случае у завален-
ных кромок матрицы нет резко концентрированных деформаций сдвига и не про-
исходит образования скалывающих трещин. Металл плавно выдавливается в шейку
матрицы. При этом волокна (зерна) металла сильно удлиняются, втягиваются в мат-
ЧИСТОВАЯ ВЫРУБКА, ПРОБИВКА И ОТРЕЗКА
39
рицу, расплющиваются в зазоре и образуют полированную поверхность среза. Отход
же получается с затянутым острым заусенцем.
Этот способ применяется как в случае вырубки из полосы, так и при обрезке на
предварительно вырубленной с небольшими припусками заготовке, например при
чистовой вырубке — обрезке небольших шестерен малого модуля (с одновременной
калибровкой по толщине и чеканкой кромок зубцов).
Достижимая чистота поверхности среза соответствует 8-му классу. Достижимая
точность штампованных деталей — 4—3-й классы. Необходимо учитывать, что деталь
после выхода из матрицы увеличивается в размерах на 0,02—0,05 мм.
Этот способ применим как для цветных металлов, так и для мягкой стали. Зазор
между пуансоном и матрицей делается не более 0,01 мм.
Пуансоном с заваленными режущими кромками производится чистовая про-
бивка отверстий d > 3S как в стали, так и в цветных металлах.
Рис. 18. Реверсивный способ чи-
стовой вырубки и штампы для нее
Для относительно более толстых материалов (d > 3S) применяются пуансоны
с конусной заточкой под углом 120°. Способ действия и характер деформаций ана-
логичны процессу вырубки матрицей с заваленными кромками. В данном случае
волокна (зерна) металла также удлиняются и втягиваются в матрицу, расплющи-
ваются и образуют блестящую поверхность среза. Выпадающий из матрицы отход
имеет затянутые острые заусенцы. Чистота поверхности достигает 8-го класса.
Известен и другой способ чистовой вырубки — вырубка
пуансоном, перекрывающим матричное отверстие. Он применяется главным образом
для деталей из мягких цветных металлов и сплавов. При этом вместо обычной вы-
рубки происходит выдавливание пластичного металла в отверстие матрицы по
способу так называемого прямого выдавливания, причем скалывания не возникает.
Лишь в конце хода, когда происходит сжатие и наклеп металла между режущими
кромками, возникают скалывающие трещины.
Обычно диаметр (размер) пуансона делается больше диаметра (размера) матрицы
на (0,1 4- 0,2) S. При закругленной форме детали припуск пуансона делается равно-
мерным, если же деталь имеет углы и выступы, припуск у наружных углов прини-
мается в два раза больше, т. е. от 0,2 до 0,4S, а у внутренних углов — в два раза
меньше, т. е. от 0,5 до 0,15.
Для получения большей чистоты поверхности среза на режущих кромках
матрицы делается небольшая фаска. В нижнем рабочем положении пуайсон не должен
доходить до поверхности матрицы на 0,1—0,2 мм.
40
РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ
Деталь после выхода из штампа увеличивается в размерах на 0,02—0,05 мм.
Чистота поверхности среза доходит до 8 го класса по ГОСТу.
Данный способ вырубки применяется как при вырезке из полосы, так и при
вырезке из предварительно вырубленной заготовки с соответствующими припусками
по контуру. Это особенно целесообразно при чистовой вырубке деталей сложного
контура (шестеренки, храповички и т. п.), так как при этом увеличивается стой-
кость зубчатого пуансона.
Хорошо зарекомендовал себя способ чистовой пробивки
весьма малых отверстий (d<S). Обычно предельной величиной про-
биваемого отверстия принято считать d = S, а при использовании пуансона с конус-
ной заточкой торца d — 0,8S. Однако это распространяется на случаи обыкновен-
ной пробивки пуансоном, имеющим свободно выступающий рабочий конец.
Недостаточная прочность и устойчивость свободного конца пуансона ограни-
чивают возможность пробивки отверстий диаметром меньше толщины материала.
Поэтому отверстия малых диаметров обычно изготовлялись сверлением.
На отечественных заводах разработан и внедрен оригинальный способ пробивки
отверстий весьма малого диаметра (d = 0,3S), основанный на применении особой
конструкции крепления и способа направления пуансона с предварительным силь-
ным прижимом металла вокруг пробиваемого отверстия.
На рис. 19, а изображена конструкция пуансона \ имеющего непрерывное по
длине направление в процессе рабочего хода, за исключением конца пуансона,
врезавшегося в металл.
В верхней части пуансон имеет постоянное направление между тремя неподвиж-
ными сухарями. В нижней части пуансон направляется по отверстию подвижной
прижимной втулки, имеющей фрезерованные пазы для неподвижных сухарей. При-
жим материала к матрице осуществляется сильными пружинами.
При дальнейшем ходе пресса пуансон выступает из направляющей втулки и
пробивает отверстие малого диаметра.
На рис. 19, б показана другая конструкция направления пробивного пуансона
между тремя калеными штифтами взамен телескопической втулки.
Последовательность процесса пробивки (/—5) приведена на рис. 20. При малой
величине зазора (1 4- 1,5%) S отверстие получается чистым, а отход — с двой-
1 Конструкция Э. Олиньш (завод ВЭФ).
ЧИСТОВАЯ ВЫРУБКА, ПРОБИВКА И ОТРЕЗКА
41
ным или тройным сколом. Характерно, что при значительном внедрении пуансона
выдавливание металла в матрицу весьма невелико.
Аналогичным образом осуществляется постоянное телескопическое направление
Рис. 20. Последовательность процесса пробивки малых отверстий
Штампами такой конструкции пробивают отверстия диаметром от 0,4 лл
в стали, латуни, алюминии, текстолите и гетинаксе толщиной S = (2 4- 3) d,
а также прорезают узкие длинные шлицы и некруглые отверстия при высокой чистоте
поверхности среза.
При этом способе происходит не срез, а выдавливание металла в отверстие
матрицы. В результате сильного прижима материала (q as) в зоне пробивки пред-
варительно возникает объемное напря-
женное состояние сжатия, облегчающее
процесс пластической деформации.
В данное время освоена пробивка
малых отверстий в материалах толщиной
от 1 до 20 мм.
Пуансоны, изготовленные из стали
У8А, показывают стойкость от 10 до
15 тыс. деталей, а из легированной ста-
ли — до 50 тыс. деталей. При этом необ-
ходима высокая точность изготовления и
пригонки рабочих частей штампа, полное
отсутствие перекосов и надежное на-
правление пуансона.
В последнее время разработаны и
освоены новые способы точной чистовой
резки пруткового материала сдвигом с
дифференцированным зажимом, создаю-
щим высокое усилие зажима
Рз • 2,5) Ррез. рис. 21. Телескопическое направление
При резке сдвигом качество поверх- пуансонов некруглой формы
ности среза и точность заготовок полу-
чаются значительно более высокими, чем при обычном способе резки. Этому спо-
собствует возникновение в процессе резки сдвигом осевых распорных усилий, дости-
гающих 20% усилия реза. Так как надежный зажим заготовки исключает возмож-
ность осевого перемещения, то в плоскости реза создаются осевые сжимающие
напряжения, способствующие пластическому течению металла и получению чистого
среза.
Вначале был разработан и освоен способ резки сдвигом на специальном штампе х.
Схема работы штампа показана на рис. 22. Резка происходит двумя парами режу-
* С. Щ. Я ш а е в. Авт. свид. Ks 156032 от 10 февраля 1962 г.
42
РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ
щих вкладышей 4, перемещающихся под действием клиньев 1 в разные стороны от
оси штампа (верхние и нижние схемы). В положении 1 вкладыши разведены пру-
жинами 5, в'положении 11 ползушки 2 сдвигают рабочие вкладыши и зажимают
заготовку с обеих сторон от плоскости реза (сдвига), в положении III одна пара
вкладышей смещается вправо, а вторая — влево, в результате чего происходит каче-
ственный срез заготовки.
Этот способ применяется для холодной резки сдвигом углеродистых и средне-
легированных сталей диаметром до 6.0 мм при длине заготовок I 1,5£>.
В процессе дальнейшего развития способа резки сдвигом ЭНИКмаш разработал
конструкцию и изготовил специальные ножницы для точной резки усилием
100Т [253]. Преимущество резки на ножницах — меньшее усилие, чем при резке
в штампе.
Рис. 22. Схема резки штампом с дифференцированным зажимом
Способ чистовой резки сдвигом дисковых заготовок от прутков алюминиевых
и других цветных сплавов разработан в Институте технологии машиностроения
Венгрии £. Этот способ обеспечивает безотходное использование пруткового мате-
риала в интервале 0 6—60 мм и дает высококачественные заготовки с поверхностью,
соответствующей 6—8-му классам чистоты по ГОСТу. Сущность этого способа
заключается в предварительном создании напряжений осевого сжатия в прутковом
материале, благодаря чему при беззазорном срезе в зоне резания возникает объем-
ное напряженное состояние сжатия, способствующее чисто пластическому срезу,
без скола и трещин.
На рис. 23, а представлена схема чистовой обработки по указанному способу.
Отрезанная заготовка в нижнем рабочем положении выталкивается выталкивате-
лем 6. Патентованный способ зажима прутка 1 между вкладышами 2 перед отрезкой
создает необходимое осевое давление. Экспериментально освоена чистовая отрезка
заготовок размерами h = 0,2d.
Как показали исследования, осевые сжимающие напряжения достигают вели-
чины о0 > ст5. f
На рис. 23, б показан микрошлиф прутка в последовательных стадиях разрезки.
Способ чистовой отрезки одинаково применим для резки прутков круглого, квадрат-
ного, прямоугольного или профильного сечения, как показано на рис. 23, в.
1 Вереш Ференц и др. Патент № 152686.
ЗАЧИСТНАЯ ШТАМПОВКА
43
Устройство для чистовой отрезки не имеет жесткой связи с ползуном пресса и
может быть установлено на любом кривошипном прессе соответствующей мощности.
Рнс. 23. Схема чистовой отрезки сдвигом
(венгерский патент): а — схема установ-
ки; б — микрошлиф среза; в — образцы
профилей;
/ — пруток; 2 — вкладыш зажима; 3 — не-
подвижный иож; 4 — подвижный нож;
5 — стойка; 6 — выталкиватель
Это устройство выполняется в двух вариантах: для ручной или автоматической
подачи заготовки. В последнем случае устройство снабжается специальным пневма-
тическим механизмом для автоматической подачи.
7. ЗАЧИСТНАЯ ШТАМПОВКА
Зачистная штамповка применяется для чистовой обрезки по контуру предвари-
тельно вырезанных или пробитых деталей с целью удаления шероховатой поверх-
ности среза и получения точных размеров, острых кромок и гладкой поверхности
среза. Этот способ позволяет получать детали небольших размеров с точностью,
соответствующей 2—4-му классам по ГОСТу.
Применяются следующие способы зачистной штамповки:
1) зачистка наружного контура срезанием припуска;
2) зачистка обжимкой в конусной матрице;
3) зачистка отверстий срезанием припуска.
Кроме того, применяют комбинированные способы: вырубку с одновременной
зачисткой в штампах со сдвоенной матрицей, а также пробивку отверстий одно-
временно с зачисткой ступенчатым пуансоном. Достигаемая при зачистке шерохо-
ватость поверхности обычно соответствует 7-му классу по ГОСТу, а при зачистке
деталей из пластичных цветных металлов и сплавов — 8-му классу чистоты. Однако
в большинстве случаев на ^верхней кромке детали образуется небольшой скол,
которого нет при чистовой вырубке.
Зачистка наружного контура срезанием припуска
является наиболее распространенной и широко применяется в производстве часов
и других изделий точной механики, имеющих обычно весьма сложную конфигура-
цию (рис. 24). Получаемая при этом точность соответствует 3 или даже 2-му классу
точности.
Процесс зачистки заключается в срезании небольшой стружки по контуру
детали или отверстия. Зачистка производится в том же направлении, что и вырезка,
44
РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ
т. е. при зачистке по наружному контуру заготовка укладывается на матрицу
закругленной стороной вниз, а при зачистке отверстий — закругленными кром-
ками вверх, так как при этом сечение стружки к концу процесса становится меньше.
При обратном расположении заготовки в конце зачистки на деталях образуется
скол значительной величины.
Рис. 24. Детали, подвергаемые зачистной штамповке
По технологическим вопросам зачистки существуют различные рекомендации.
Так, в часовой промышленности зачистка производится при повышенной величине
припуска на зачистку, в соответствии с которым производится технологический
расчет размеров вырубаемой заготовки. Это объясняется весьма малыми размерами
деталей и погрешностью при установке заготовки в гнездо фиксатора штампа.
По опыту немецкой промышленности припуск на зачистку может быть взят
меньшей величины [255].
Рис. 25. Последовательность снятия стружки при зачистке с зазором и без него
При зачистке небольших деталей, удаляемых «на провал» через отверстие
матрицы, обычно применяется старый способ зачистки с зазором между пуансоном
и матрицей. Новый способ заключается в зачистке пуансоном, превышающим раз-
меры матрицы. На рис. 25 приведена последовательность снятия стружки по ста-
рому (слева) и новому (справа) способам при одной и той же величине припуска б.
Заготовка взята с равномерным припуском по всей высоте.
По старому способу еще до конца зачистки оставшаяся часть стружки отламы-
вается, образуя скол высотой h на верхнем краю заготовки. По новому способу такого
скола не образуется, так как стружка упирается в торцовую поверхность пуан-
сона. Стружка отделяется полностью от детали давлением следующей заготовки
ЗАЧИСТНАЯ ШТАМПОВКА
45
Рис. 26. Схема зачистки пуансоном боль-
шим матрицы
наплыв от среза расплющенного от-
Рио. 27. Скол стружки при обычной зачистке (а)
н при зачистке на вибрационном прессе (б)
(рис. 26). При этом целесообразно применять заготовки, вырубленные с малым
зазором между пуансоном и матрицей (с двойным срезом), так как они позволяют
более точную фиксацию в зачистном штампе. Преимущества этого способа зачистки
заключаются в том, что пуансон, имеющий
большие размеры, чем матрица, не дохо-
дит до ее поверхности, расплющивая часть
срезанного припуска в тонкую пленку.
Следовательно, в данном случае не тре-
буется точного изготовления и пригонки
пуансона по матрице, что значительно
снижает стоимость зачистного штампа.
В результате перекрытия пуансоном
режущих кромок матрицы в зоне резания
создается напряженное состояние объем-
ного сжатия, благоприятствующее устой-
чивости пластической деформации и тем
самым увеличивающее пластические свой-
ства металла.
Как показывает опыт, при этом спо-
собе зачистки скола у верхнего края де-
тали не образуется, но возникает ровш
хода. Режущие кромки матрицы рекомендуется закруглять или притуплять.
Достижимая точность — 3-й класс по ГОСТу, чистота поверхности — 7—8-й классы.
В случае зачистки более крупных деталей, когда применяется прижим заго-
товки, способ зачистки пуансоном больше матрицы не применим.
При толщине материала до 3—4 мм обычно применяется одна зачистка, а при
повышенных требованиях к чистоте поверхности или более толстых материалах —
две зачистки, так как при неодно-
кратной зачистке в конце процесса
происходит не срез, а скалывание
последнего элемента стружки
(рис. 27, а).
Проведенные исследования по-
казали, что режущие кромки мат-
рицы следует закруглять радиусом
г = 0,1 мм или заваливать на ко-
нус, как у обжимных матриц. Это
повышает чистоту поверхности
зачищаемой детали.
С той же целью необходимо
применять смазку зачищаемых де-
талей. В качестве смазки может
быть рекомендовано масло редук-
торное Б-ЗВ, активизированное
серой.
Более высокое качество зачи-
щаемой поверхности с ничтожным
сколом последнего элемента струж-
ки достигается зачисткой на спе-
циальных вибрационных (репас-
сажных) прессах (рис. 27, б). У этих
прессов во время рабочего хода
ползуна зачистной пуансон от вто-
рого электромотора совершает колебательные толчковые движения, которыми
как бы «сбривает» стружку. Частота колебаний 800—1500 в минуту, амплитуда
каждого колебания от 0,3 до 0,6 мм. На рис. 28 приведена диаграмма пути на-
ружного ползуна и вибрационного движения внутреннего ползуна пресса.
46
РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ
При этом способе зачистки пуансон не доходит до поверхности матрицы на
0,05—0,1 мм, а зачищаемая деталь проталкивается через матрицу следующей
деталью. Пуансон не пригоняется к матрице, благодаря чему штампы стоят зна-
чительно дешевле. Шероховатость поверхности при вибрационной зачистке дости-
гает 8-го класса по ГОСТу. Таким образом, вибрационная зачистка дает более
высокое качество поверхности, чем две операции обычной зачистки.
Качество зачищаемой поверхности в значительной степени зависит от толщины
срезаемого слоя или припуска на зачистку. Чем меньше толщина срезаемого слоя,
тем выше качество зачистки.
В настоящее время существуют два разных способа определения величины
припуска на зачистку (рис. 29).
Рис. 28. Движение наружного ползу-
на и вибрации внутреннего ползуна
пресса
Рис. 29. Схемы припуска на зачистку
Первый способ основан на лырубке детали с большим зазором•
|д “ (б4- 8%) sj и получении конического скола на боковой поверхности (рис. 29,а).
Кроме подлежащего удалению конического скола дается особый припуск на за-
чистку у/2. В результате суммарный припуск на зачистку (толщина срезаемого
слоя) получается несколько завышенным 0.1S, что приводит к образованию
скола при зачистке.
Второй способ основан на максимальном уменьшении припуска на
зачистку, для чего вырубка производится с малым зазором^ = (2 4- 4%) s|, а боко-
вая поверхность заготовки получается с надрывом и второй зоной резания (рис. 29, б).
Это позволяет более надежно и точно фиксировать заготовки в трафарете; кроме
того, толщина срезаемого слоя уменьшается до - ^0,08 S, что облегчает процесс
зачистки и улучшает качество поверхности.
Каждый из указанных способов может иметь преимущество в различных слу-
чаях в зависимости от размеров детали, типа зачистного штампа и способа подачи
и фиксации заготовки.
При зачистке деталей средних размеров в совмещенных зачистных штампах
с прижимом и надежной фиксацией следует применять малые припуски на зачистку
и малые зазоры при вырубке (рис. 29, б).
При зачистке весьма мелких деталей в штампах с подвижным загрузочным
устройством, не дающим надежной фиксации детали, следует применять увеличен-
ные припуски на зачистку и большие зазоры при вырубке (рис. 29, а).
В табл. 15 приведены формулы для определения размеров рабочих частей выруб-
ных штампов.
В табл. 16 приведены величины двусторонних припусков на зачистку, соответ-
ствующие первому способу (вырубка с увеличенным зазором). Наименьший припуск
ЗАЧИСТНАЯ ШТАМПОВКА
47
применяется при зачистке деталей простой конфигурации, а наибольший — для дета-
лей сложной конфигурации или деталей с острыми выступающими углами. В слу-
чае двухкратной зачистки припуск на вторую зачистку берется наименьший из
указанных в табл. 15.
Таблица 15. Размеры рабочих частей вырубных штампов для деталей,
подвергаемых зачистке различными способами
1-й способ 2-й способ
Размер рабочих частей Вырубка с увеличенным зазором (рис. 29, а) Вырубка с малым зазором (рис. 29, б)
Размер (диаметр) выруб- ной матрицы + 2 + У + 6
Размер (диаметр) выруб- ного пуансона dn = d + y м 1 II -G
Величина одностороннего зазора -^- = 0,06 4-0,08$ ~ = 0,02 4- 0.04S
Припуск на зачистку у = 0,15 4- 0,25 мм (или по табл. 16) —
Суммарный припуск на зачистку 6 =z-|-j/ 2" — см. рис. 30
d — окончательный (чистовой) размер детали (остальные обозначения по
рис. 29).
По данным некоторых заводов, припуск на зачистку выбирается независимо от
толщины материала и составляет для деталей с плавным контуром 0,08—0,12 мм
на сторону, для деталей с малыми закруглениями 0,10—0,13 мм на сторону.
Таблица 16. Двусторонние припуски на зачистку в мм
Латунь, мягкая сталь Сталь средней твердости Твердая сталь
Толщина материала в мм Припуск
наи- меньший наи- больший наи- меньший наи- больший наи- меньший наи- больший
0,5-1,6 0,10 0,15 0,15 0,20 0,15 0,25
1,6-3,0 0,15 0,20 0,20 0,25 0,20 0,30
3,0-4,0 0,20 0,25 0,25 0,30 0,25 0,35
4,0-5,2 0,25 0,30 0,30 0,35 0,30 0,40
На рис. 30 приведена диаграмма для определения одностороннего припуска
на зачистку (толщины срезаемого слоя) 6/2 по второму способу [255].
48
РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ
Количество необходимых обычных зачистных операций зависит от рода, тол-
щины материала и сложности контура (например, для деталей из среднеуглероди-
стых сталей):
Контур детали Число операций при толщине материала: до 3 мм свыше 3 мм
Плавный без острых углов Сложный с острыми углами 1 2 2 3
Однократная зачистка обеспечивает до 50 мм]: следующую точность деталей (размером
Толщина материала в мм До 1 1-3 3-5 Точность в мм 0.01-0.015 0,025—0,03 0.035—0,04
Для деталей больших размеров точность уменьшается.
Зачистные штампы, работающие на провал, применяются главным образом для
зачистки мелких деталей типа часовых. При зачистке более крупных деталей такие
Рис. 30. Диаграмма для определения
толщины срезаемого слоя при зачистке
штампы не дают хороших результатов. В
этом случае применяют зачистные штампы
совмещенного типа с прижимом и прину-
дительным выталкивателем. Фиксация про-
изводится по трафарету или по технологи-
ческим отверстиям. Последний способ фик-
сации дает лучшие результаты.
Точно расположенные отверстия зачи-
щаются одновременно с наружным конту-
ром. Мелкие отверстия (до 6 мм) иногда
пробивается одновременно с зачисткой кон-
тура (рис. 31, а).
В зачистных совмещенных штампах
должен быть предусмотрен просвет для
размещения отходов от зачистки. Для этого
на съемнике устанавливают цилиндрические
дистанционные упоры, создающие просвет
высотой (0,3 4- 0,4) S, — рис. 31, б.
Для выталкивания деталей из зачистной
наружного контура:
/ — мягкий алюминий; 2 — латунь;
3 — твердый алюминий; 4 — сталь
= 40 кГ/мм2)', 5 — сталь (Ов —
50 кГ/мм2)
матрицы требуется значительное усилие, до-
стигающее 20% от усилия вырубки.
Зазор между пуансоном и матрицей
зачистного штампа берется в пределах
0,006—0,01 мм. Высота шейки матрицы
обычно составляет 6—8 мм.
Усилие для зачистки снятием стружки может быть определено по формуле
Р3 = 0,56£оср + Е<2,
где 0,55 — односторонний суммарный припуск в мм\
L — длина периметра зачистки в мм;
ZQ— сумма усилий для проталкивания, сжатия буферов и т. п. в кГ
На рис. 32 приведен способ зачистки в двух матрицах. В верхней матрице
производится первая зачистка (рис. 32, а). В конце хода пуансон производит вто-
рую зачистку в нижней матрице (рис. 32, б). Зазор между пуансоном и верхней
матрицей берется минимально возможным для вхождения и направления пуансона
« 0,01 мм). В нижнюю матрицу пуансон не входит. Вторая зачистка производится
по способу зачистки пуансоном, большим матрицы. Способ двойной зачистки путем
проталкивания столбика деталей не рекомендуется.
ЗАЧИСТНАЯ ШТАМПОВКА
49
В некоторых случаях требуется зачистка не всего контура детали, а лишь неко-
торой его части. Для небольших деталей эта зачистка осуществляется в процессе
комбинированной штамповки в штампах последовательного действия. Для более
крупных деталей, а также в тех случаях, когда последовательная штамповка непри-
менима, необходимо избегать односторонней зачистки, приводящей к смещению
детали и потере точности, и производить одновременную зачистку с противополож-
ной стороны.
Рис. 31. Совмещенные штампы для одновременной зачистки наружного контура
и отверстия
Предложен оригинальный способ вырубки с одновременной зачисткой, осущест-
вляемой на кривошипных прессах за один рабочий ход (рис. 33) [139]. Сначала пуан-
соном 1 вырубается заготовка с припуском на зачистку, которая проталкивается
через сужающееся отверстие матрипы 2, сжимается в радиальном направлении и
перемещается к режущим кромкам зачисткой матрицы 5.
Так как в зоне срезания припуска создается напряженное состояние объемного
сжатия, то скалывающих трещин не возникает, и срез получается чистым. Зазор
между зачистной матрицей и пуансоном берется от 0,005 до 0,01 мм. Величина при-
пуска на обрезку зависит от толщины материала и рекомендуется авторами способа
в пределах:
Толщина материала в мм ..... 1—2,5 2,6—4,0
Односторонний припуск на зачистку в мм 0.4—0,5 0.2—0,3
Угол конуса матрицы в град 2—3 1—2
По качеству поверхности среза этот способ сопоставим с чистовой вырубкой.
Зачистка обжимкой в конусной матрице применяется значительно
реже и главным образом для весьма пластичных металлов. Припуск на обжимку
50
РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ
в данном случае не превышает 0,04—0,06 мм на сторону. Точность зачистки при
этом способе несколько ниже, чем при срезании припуска. Этот способ зачистки
иногда совмещается с операцией вырубки при вертикальном расположении матриц
(вырубная — сверху, а зачистная — снизу).
Зачистка отверстий, применявшаяся ранее главным образом в часо-
вой промышленности, в настоящее время используется в различных видах точного
приборостроения (счетно-пишущие машины, кассовые аппараты, вычислительные
машины, приборы-автоматы и т. п.).
рис. 32, Последовательная
зачистка в двух матрицах
Пробивка отверстий в совмещенных штампах с последующей зачисткой обеспе-
чивает более высокую точность как размеров отверстий, так и межцентровых рас-
стояний, по сравнению со сверлением в кондукторах.
При зачистке отверстий также существуют два способа определения припуска
на зачистку (рис. 34). Первый основан на пробивке с большим зазором и получении
отверстия с коническим сколом (рис. 34, а), а второй — на пробивке с малым зазо-
ром (рис. 34, б).
Таблица 17. Размеры рабочих частей пробивных штампов
для зачищаемых отверстий
Размеры рабочих частей 1-й способ 2-й способ
Пробивка с увеличенным зазором (рис. 34, а) Пробивка с малым зазором (рис. 34, б)
Размер (диаметр) пробив- ного пуансона dn=do — (2 + У) dn — d0 — 6
Размер (диаметр) пробив- ной матрицы 1 -с° II dM = dn+z
Величина одностороннего зазора = 0,06 4-0,08 А = 0,02 4-0,04
Припуск на зачистку у = 0,15 4- 0,20 мм —
Суммарный припуск на зачистку 6 = г + у -| = 0,05 4-0,085
d0 — окончательный (чистовой) размер отверстия (остальные обозначения
по рис. 34).
ЗАЧИСТНАЯ ШТАМПОВКА
51
В табл. 17 приведены формулы для определения размеров рабочих частей про-
бивных штампов.
В часовой промышленности зачищаются отверстия небольшого диаметра. Так
как в этом случае толщина материала обычно значительно больше диаметра зачи-
Рис. 34. Припуски на
зачистку отверстий
щаемого отверстия, то зачистка отверстий производится пуансоном без сопряжения
с режущими кромками матрицы (рис. 35). Стружка имеет трубчатую форму, состоя-
щую из кольцевых элементов. Диаметр лунки для выхода стружки принимается
равным D > 1 ,5d.
Рис. 35. Зачистка мелких отверстий
Рис. 36. Способ пробивки и зачистки
отверстия
4—
d
Припуск по диаметру на зачистку отверстий после сверления обычно прини-
мают 0,1—0,15 мм, после пробивки 0,15—0,20 мм. В точной механике величина
припуска на зачистку зависит также от допуска на расстояние между отверстиями.
При зачистке отверстий деталь укладывается на матрицу закругленными кром-
ками к пуансону.
52
РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИЙ
После зачистки размер отверстия уменьшается вследствие упругой деформации
металла (в зависимости от размеров отверстия): для цветных металлов на
0,005—0,01 мм и для мягкой стали на 0,008—0,015 мм. Это обстоятельство должно
учитываться при изготовлении зачистного пуансона.
Точность зачистки небольших отверстий обычно находится в пределах
0,01—0,02 мм на диаметр.
Зачистка одновременно с пробивкой отверстия применяется при соотношениях
d >3 -5- 4S при толщине материала до 8 мм.
Диаметр пробивного пуансона определяется по диаметру зачистной матрицы
с учетом удвоенной величины зазора по сравнению с обычной.
Таким образом, величина уступа у зачистной кромки делается равной нормаль-
ному зазору для данной толщины материала.
На рис. 36 изображен способ пробивки и зачистки отверстия диаметром 20 мм
в детали толщиной 8 мм. Во избежание деформации детали пробивка с зачисткой
должна производиться с прижимом детали к поверхности матрицы. Вначале проис-
ходит пробивка грубого отверстия (зазор 12,5% S) и удаление отхода, а затем за-
чистка отверстия (зазор 0,01 мм). Конец пуансона конической формы высотой 5 мм
давит на кромки отверстия и создает напряжения радиального сжатия, что исклю-
чает возникновение скалывающих трещин. На рис. 36 показано крайнее нижнее
положение пуансона, при котором зачистные кромки не входят в матрицу.
8. БЕЗМАТРИЧНЫЕ СПОСОБЫ ВЫРЕЗКИ И ПРОБИВКИ
Обычные методы штамповки, широко применяемые в крупносерийном и массо-
вом производстве, недостаточно эффективны и нерациональны в условиях мелко-
серийного и быстропереналаживаемого производства, так как для изготовления кон-
структивно сложных и дорогостоящих штампов требуется длительное время, а про-
изведенные затраты не окупаются.
Необходимость быстрого освоения новых видов изделий требует применения
в указанных условиях новых технологических процессов с использованием дешевой
универсальной или частично универсальной оснастки. К таким процессам относятся
безматричные способы вырезки и пробивки: вырезка резиной, вырезка пластичными
металлами, безматричная пробивка. При этом значительно упрощается конструкция
инструмента и удешевляется его изготовление, так как при применении двух первых
способов требуется лишь один вырезной шаблон, а в последнем способе — только
пробивные пуансоны. Отпадает необходимость изготовления и пригонки вырезных
матриц, роль которых выполняет резина или пластичный металл.
Вырезка резиной
Вырезка резиной применяется главным образом в мелкосерийном производстве
при изготовлении сравнительно крупных деталей из тонких материалов (толщиной
до 2 мм).
В крупносерийном и массовом производстве применяется вырезка резиной
небольших деталей из весьма тонкого материала (фольга толщиной 0,01—0,005 мм).
На рис. 37 изображены способ и последовательность штамповки — вырезки
резиной — на плунжерных гидравлических прессах давлением 85—120 кГ/сл?.
На подштамповой плите установлен вырезной шаблон, представляющий собой сталь-
ную пластину толщиной 6—10 мм, наружный контур которой соответствует контуру
вырезаемой детали. Толстая резиновая пластина, являющаяся своеобразной матри-
цей, заключена в коробку (контейнер), прикрепленную к ползуну пресса и удержи-
вающую резину от выдавливания в стороны. На рис. 37, а изображен начальный
момент, когда на вырезной шаблон уложена заготовка с напуском по краям. При
опускании ползуна пресса резина отгибает свисающие края заготовки и прижимает
их к подштамповой плите (рис. 37, б). При дальнейшем сжатии резина давит на ото-
гнутые края заготовки и обрезает (обрывает) их по наружной кромке шаблона
ВЁЗМАТРИЧНЫЕ СПОСОБЫ ВЫРЕЗКИ И ПРОБИВКИ
53
(рис. 37, в). Этим способом производятся следующие операции: вырезка по наруж-
ному контуру (рис. 38, а), пробивка отверстий (рис. 38, б), совмещенная вырезка
и пробивка (рис. 38, в) и комбинированные операции формовки и обрезки (рис. 38, г).
Вырезка резиной обычно производится на специальных гидравлических плун-
жерных прессах, причем, как правило, применяется групповая резка нескольких
Заготовка—ммннмш
Шаблон -1-
же
Рис. 37. Схема вырезки резиной иа
плунжерных прессах
деталей из одного листа; с этой целью на подштамповую плиту устанавливают не-
сколько вырезных шаблонов для деталей различных конфигураций. Так как шаб-
лоны должны быть установлены с большими промежутками и припусками (25—30 мм),
вырезка резиной неэкономична по расходу материала.
Детали, вырезанные резиной на плунжерных гидравлических прессах,
обычно получаются с нечистыми рваными краями, поэтому применяется после-
дующая зачистка кромок деталей, сложенных пачками, на специальных фрезерных
станках.
Таблица 18. Минимальная величина припусков на обрезку
и промежутков между шаблонами (в мм) для дуралюмина Д16АМ
Толщина материала в мм
0,6 | 0.8 1 ьо 1 1 1-5 | 2,0
Толщина вырезного шаблона в мм
Давление 3 5 5 7 7
резины в кГ/смл 1 j Припуск на 1 обрезку Расстояние между шаб- лонами Припуск на обрезку Расстояние между шаб- лонами f I Припуск на обрезку Расстояние между шаб- лонами Припуск на обрезку . Расстояние между шаб- лонами 1 Припуск на обрезку Расстояние между шаб- лонами
300 12 8.5 13 10,5 15 13 — — — —
400 11 7,5 12 8,5 12 10 19 15 15 —
500 10 6,5 11,5 8,0 11,5 9 17 13 19 —
700 9 5,5 11 7,0 11 8 15 10 16 —
54
РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ
Из-за плохого качества среза и большой величины обрезаемых припусков вырезка
резиной на гидравлических прессах с давлением 85—120 кГ/см2 в последнее время
вытесняется вырезкой на гидростатических прессах, создающих наибольшее давле-
ние до 400—700 кПсм2,
На рис. 39 приведена схема действия гидростатического пресса высокого давле-
ния [113]. В монолитный блок 3 на подвижных столах 2 подаются шаблоны или форм-
блоки 1 с наложенными заготовками. Штамповка производится жидкостью высо-
кого давления, поступающей в резиновый мешок 4, который давит на толстую рези-
новую диафрагму 5. Последняя заполняет все закрытое пространство в корпусе
пресса и создает высокое давление на за-
готовку и инструмент. Так как при этом
применяются вырезные шаблоны меньшей
толщины (2—7 мм), то величина припусков
на обрезку и промежутки между блоками
значительно снижены (табл. 18).
При высоком давлении резины одновре-
менно вырезается как наружный контур,так и
все отверстия, сделанные в вырезном шаблоне.
Рис. 39. Схема действия гидроста-
тического пресса высокого давле-
ния: а и б — начальное и конечное
положения
Рис. 38. Схемы различных операций вы-
резки резиной
Наименьшие размеры вырезаемых круглых отверстий зависят от прочности
материала и давления резины. Их величина приведена в табл. 19.
Благодаря высокому давлению резины (> 300 кГ/см2) качество среза значи-
тельно улучшено и не уступает качеству среза, полученному при вырезке в штампах.
Иногда вырезка и штамповка мелких деталей производится на кривошипных
или фрикционных прессах. В этом случае резину более удобно располагать в ниж-
ней части штампа, а вырезной шаблон прикреплять к пуансону (рис. 40).
Требуемое усилие при вырезке резиной определяется исходя из поверхности
резины и ее давления. Длина контура вырезки или наличие внутренних отверстий
в ней в данном случае существенного значения не имеет, так как усилие сжатия
резины значительно превышает усилие вырезки, которым можно пренебречь.
Затрата большей части энергии на сжатие резины является недостатком дан-
ного процесса.
Требуемое усилие определяется по формуле
P — Fq,
где F — площадь резины в см2;
q — давление резины, необходимое для вырезки, в кПсм*.
БЕЗМАТРИЧНЫЕ СПОСОБЫ ВЫРЕЗКИ И ПРОБИВКИ
55
Таблица 19. Наименьшие размеры отверстий, вырезаемых при
различном давлении резины
Давление резины в кГ1см* Толщина материала в мм
0,6 0.8 | 1 ‘-0 | 1 1'5 1 | 2,0
Толщина вырезного шаблона в мм
3 5 5 7 7
Д16М АМГ-6 Д16М АМГ-6 Д16М АМГ-6 Д16М АМГ-6 Д16М АМГ-6
300 400 500 700 10 8 6 5 13 10 9 6 15 12 9 7 18 15 12 9 18 14 12 9 25 20 16 12 25 20 17 15 35 30 17 15 40 30 25 18 50 50 30 25
Наименьшее давление, необходимое для вырезки деталей из отожженного дур-
алюмина толщиной от 0,6 до 1,2 мм, обычно находится в пределах от 70 до 130 кПсм?.
Давление, развиваемое резиной, зависит от степени сжатия; кроме того, оно
будет различным в зависимости от того, находится ли резина в свободно подвешен-
ном состоянии или заключена в замкнутом контейнере. В первом случае при одном
и том же сжатии резины давление будет значительно ниже, чем для резины, заклю-
ченной в контейнере. Во втором случае резина находится в состоянии всестороннего
сжатия, а давление, производимое резиной, может быть уподоблено гидростатиче-
скому давлению жидкости.
Зависимость давления от степени сжатия (деформации) резины приведена на
рис. 41. Толщина резинового слоя должна быть не менее пяти толщин шаблона.
Из диаграммы, приведенной на рис. 41, видны все преимущества применения
замкнутой резины, так как одно и то же давление достигается уже при небольшой
величине деформации. Это имеет большое значение для увеличения срока службы
резины, так как наилучшие условия и наибольший срок службы резины имеют
место при степени деформации 20—25%; предельная степень сжатия свободной
резины составляет 40—45%.
В процессе штамповки происходят износ и разрушение поверхностного слоя
резины, который периодически срезается на глубину 15—25 мм.
Для вырезных работ применяется резина со следующими механическими свой-
ствами:
Сопротивление разрыву в кГ{см^ 30—36
Относительное удлинение в % . 300—400
Остаточное удлинение в %................................. 15—20
Сжатие под нагрузкой 100 кГ}см2 в % 40—50
Твердость по Шору 80
В авторемонтных цехах для вырубки металлических прокладок и других дета-
лей вместо листовой резины с успехом применяют пластины, вырезанные из изно-
шенных автомобильных покрышек.
Пример. Определить усилие пресса для вырезки резиной нескольких деталей
из дуралюмина толщиной 0,6 мм. Вырезные блоки сгруппированы для контейнера
размером 30х 60 см.
Давление резины для вырезки дуралюмина толщиной 0,6 мм составляет
70 кГ/сл?.
Площадь резины F = 30-60 = 1800 ои2.
Усилие пресса
Р _ Fq = 1800 - 70 = 126 000 кГ = 126 Т.
56
РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ
О)
В последнее время успешно освоена вырезка небольших деталей с пробивкой
мелких отверстий при помощи полиуретановой подушки, заключенной в толсто-
стенный контейнер [196]. При работе на
гидравлическом прессе 200 Т в полиуре-
тановой подушке создавалось давление до
7000 кПсм*. Этого давления достаточно
для качественной вырезки детали и пробивки
1-1,5
Рис. 40. Схема штампа для вы-
резки резиной мелких деталей
(а) и типы шаблонов (6)
Рис. 41. Зависимость давления от
сжатия резины
отверстий до 1 мм диаметром. В ближайшем будущем следует ожидать широкого
использования полиуретана для рабочих частей штампов.
Вырезка пластичными металлами
Вырезка пластичными металлами является дальнейшим развитием способа
вырезки резиной и применяется для безматричной вырезки небольших тонколистовых
деталей (0,1—0,8 мм). Осуществляется она путем вдавливания вырезным пуансоном
листовой заготовки в пластину из более мягкого пластичного металла. Этот способ
позволяет создать более высокое давление, благодаря чему становится возможной
вырезка более точных деталей сложной конфигурации с узкими шлицами и проре-
зями и мелкими отверстиями. Поверхность среза при этом получается более высо-
кого качества, чем при вырезке резиной, и приближается к поверхности среза, полу-
чаемой в обычных вырубных штампах.
Сущность и последовательность нового способа штамповки показана на рис. 42.
Сначала (рис. 42, а) пуансон 1 прижимает заготовку 2 к пластичной подкладке 3 и
слегка сплющивает ее, вытесняя металл к краям полосы, которые начинают дефор-
мироваться. При дальнейшем вдавливании пуансона (рис. 42, б) металл пластичной
подкладки выпучивается, обжимает заготовку по контуру пуансона и утоньшает ее.
Затем (рис. 42, в) выдавливаемый пуансоном пластичный металл встречает повышен-
БЕЗМАТРИЧНЫЕ СПОСОБЫ ВЫРЕЗКИ И ПРОБИВКИ
57
ное сопротивление продольному перемещению и, вытесняясь вверх, отделяет деталь
от отхода заготовки.
Глубина вдавливания пуансона к моменту вырезки зависит от пластичности
металла подкладки, толщины и механических свойств штампуемого металла, соот-
ношения между толщиной подкладки и размерами пуансона, качества заточки режу-
щих кромок, а также от скорости деформации и рода оборудования (кривошипный,
гидравлический пресс). Например, при вырезке деталей толщиной до 0,5 мм на
алюминиевой подкладке глубина вдавливания составляет 1,5—2S, а при штамповке
на свинцовой подкладке повышается до 2,5—4S. При штамповке на тихоходных
гидравлических прессах величина осадки и глубина вдавливания увеличиваются.
Наибольший технологический эффект достигается в случае применения пуансо-
нов с наружным ребром, которое создает подпор вытесняемому металлу и способ-
ствует его перемещению к режущим кромкам пуансона.
Рис. 42. Последовательность про-
цесса вырезки пластичными метал-
лами
Рис. 43. Последовательность вы-
резки пуансоном с наружным реб-
ром
На рис. 43 приведена последовательность вырезки детали с отверстием пуан-
соном с наружным ребром. Сначала (рис. 43, а) металл интенсивно выдавливается
в отверстие. Затем (рис. 43, б) вырезается отверстие и металл вдавливается в щель,
окружающую контур пуансона. Далее (рис. 43, в) происходит интенсивное затекание
металла в щель и вырезка детали по контуру пуансона.
Вырезанные детали остаются в пластичной полосе, но сравнительно легко уда-
ляются из нее при обратном изгибе искривленной полосы. Отходы от вырезки отвер-
стий в пуансоне удаляются вручную через сквозное отверстие.
Высота подпорного ребра взята несколько меньше высоты пуансона, чтобы
получить сначала мелкие отверстия (d = 1 -г 2 мм) и уменьшить общее усилие.
Если мелких отверстий нет, высоту ребра берут равной высоте пуансона.
Толщина подкладки должна составлять от 3 до 4 толщин штампуемого металла.
Опыты по применению для штамповки подкладок, сложенных из нескольких тон-
ких полос, показали пригодность таких подкладок. Увеличение толщины подкладок
выше 3—4S ощутимого результата не дало.
Рассматриваемый способ штамповки—вырезки неэкономичен из-за большого
расхода пластичного металла. Однако свинцовые пластины можно многократно
использовать (переплавлять и расплющивать), а при применении алюминиевых
сплавов можно использовать отходы и обрезки. В этом случае резко сократятся
непроизводительные потери пластичного металла.
58
РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ
Наиболее универсальными пластичными металлами являются алюминий AM и
сплав АМцМ, отличающиеся высокой пластичностью. Их можно применять во всех
случаях, кроме вырезки из алюминия и твердой стали. Для последней лучше при-
менять сплав АМгМ, дур алюмин Д1М или Д16М.
Полное усилие, необходимое для вырезки деталей, состоит из двух слагаемых:
усилия вырезки деталей по наружному и внутреннему контуру Рв и усилия Рв,
необходимого для осадки пластичной полосы с вытеснением металла в щели и дефор-
мирования отхода полосы,
Рп = Рв + Ро = LS <>в + Qp-
Усилие вырезки детали Рв определяется общеизвестным способом в зависи-
мости от периметра и толщины детали.
Усилие осадки (вдавливания) пластичной полосы Ро зависит от величины
осадки, рода материала и его сопротивления сжатию, величины проекции поверх-
ности детали F и отношения толщины полосы к размерам пуансона.
Приведем средние опытные значения давления осадки (вдавливания) q для
вырезки пластичными металлами:
Материал подкладки q в кГ!мм2
Свинец СЗ, С4 . 10—25
Алюминий AM .........40—60
Сплав АМцМ . 50—80
> АМгМ .......................................... . . 70—100
Дуралюмин Д1М и Д16М . 80—120
Меньшие значения относятся к случаю вырезки деталей толщиной 0,1—0,3 мм,
а большие — к вырезке деталей толщиной 0,6—0,8 мм.
Для вырубкн более толстых деталей целесообразно применять листовые штампы,
так как с увеличением толщины материала условия вырезки пластичным металлом
и качество среза значительно ухудшаются.
При толщине материала меньше 0,1 мм целесообразно применять вырезку
полиуретаном.
Высокое давление при осадке алюминиевых сплавов приводит к тому, что при
вырезке тонколистовых деталей усилие осадки Ро значительно превышает усилие
вырезки Рв, которым в данном случае можно пренебречь.
Недостатком данного процесса является затрата большей части энергии на
деформирование отходов пластичного металла. Однако этот недостаток, так же как
и в случае штамповки резиной, компенсируется простотой и небольшой стоимостью
оснастки, что в мелкосерийном производстве имеет большое значение.
Безматричная пробивка отверстий
К этому виду штамповки относятся частные случаи пробивки отверстий в тру-
бах и других профилях повышенной жесткости. Условие, необходимое для такой
Рис. 44. Безматричная пробивка мелких отверстий в газовых
горелках
пробивки, заключается в том, что жесткость трубы или другого профиля должна
быть больше момента, возникающего при пробивке отверстия, благодаря чему послед-
ний не может вызвать потери устойчивости и смятия заготовки.
БЕЗМАТРИЧНЫЕ СПОСОБЫ ВЫРЕЗКИ И ПРОБИВКИ
59
Характерным примером является пробивка мелких отверстий в трубках газо-
вых плит, применяемая на ряде заводов (рис. 44). Жесткость трубы усиливается
тем, что она зажимается между верхней и нижней обоймой.
Безматричная пробивка протекает успешнее при значительном увеличении
скорости пробивки.
Практическое применение получила пробивка отверстий стальными пуансонами,
движущимися с высокой скоростью за счет сгорания пороха в специальных пере-
носных и стационарных установках.
Прострелочные пробивные работы успешно применяются в строительной и неф-
тяной промышленности. В последней используются заряды-перфораторы для про-
бивки обсадных труб в нефтяных скважинах.
Взрывная пробивка отверстий
Развитие техники связано с расширением области применения высокопрочных
труднодеформируемых листовых металлов и сплавов.
Одним из эффективных методов деформирования таких материалов является
штамповка посредством энергии взрывной волны, в частности гидровзрывная про-
бивка отверстий, применяемая в мелкосерийном и опытном производстве. Сущ-
ность данного способа заключается в
пробивке большого числа отверстий в а) — б)
листовых заготовках и деталях энер-
гией ударной волны, созданной взры-
вом близантного вещества в резер-
вуаре с водой.
Наиболее распространенным взрыв-
чатым веществом, применяемым для
гилровзрывной штамповки, является
тротил (тринитротолуол), создающий
давление подводного взрыва в воде
до 133 000 кПсм\
На рис. 45 приведены некоторые
способы гидровзрывнон пробивки от-
верстий: в съемном контейнере, уста-
новленном на стальной матрице
(рис. 45, а), в разъемной матрице
(рис. 45, б), в бетонированном бассейне
с водой (рис. 45, в).
Во всех случаях должно быть
обеспечено сравнительно плотное при-
легание заготовки к матрице и об-
мазка края заготовки герметизирую-
щей смазкой, предохраняющей от по-
падания воды под заготовку.
Съемные контейнеры (рис. 45, а)
могут быть металлическими (цельными,
сварными или секционными) или
одноразового действия — картонными,
6 5 4 3 2 7
Рис. 45. Способы взрывной пробивки отвер-
стий:
/ — матрица; 2 — заготовка; 3 — заряд Б В;
4 — уплотнение; 5 — опорная плита; 6 — кон-
тейнер; 7 — поропласт
пластмассовыми.
При применении сосредоточенного тротилового заряда можно пробивать отвер-
стия размером d 5S. Возможность получения меньших размеров отверстий лими-
тируется прочностью резервуара для воды (контейнера).
При применении распределенного заряда из детонирующего шнура (ДШ) наи-
меньшие размеры отверстий составляют:
Для АМгбТ
> Х18Н9Т
> ЗОХГСА
d (7 4- 8) 5
(13 4-14)5
60
РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ
Точность пробиваемых небольших отверстий соответствует 7-му классу точ-
ности по ГОСТу, а чистота поверхности 4—5-му классам чистоты.
При выполнении гидровзрывной штамповки должны соблюдаться «Единые
правила безопасности при проведении взрывных работ».
К работе со взрывчатыми веществами могут допускаться только лица, прошед-
шие специальную подготовку.
9. ОБРЕЗКА ПОЛЫХ ДЕТАЛЕЙ
В большинстве случаев полые детали, изготовляемые вытяжкой, подвергаются
последующей обрезке кромок или фланца, для чего предусматривается специаль-
ный припуск на обрезку. Необходимость обрезки объясняется рядом причин: ани-
зотропией холоднокатаного металла и образованием фестонов, неточностью фикса-
ции заготовки на матрице, неравномерностью толщины материала, зазора и смазки
и т. п.
Без обрезки можно вытягивать лишь неглубокие детали с коэффициентом
вытяжки т 0,6; причем достижимая точность соответствует 3—4-му классам при
одновременной вырубке и вытяжке и 4—5-му классам при вытяжке из штучных
заготовок.
ОБРЕЗКА ПОЛЫХ ДЕТАЛЕЙ
61
Таблица 20. Основные способы обрезки кромок в штампах
и области их применения
Способы
обрезки
Эскизы
Точность
обрезкн
по высоте
в мм
Область применения
Обрезка
плоского
фланца
Для деталей с флан-
цем любых размеров при
любой серийности про-
изводства. Для обрезкн
средних и крупных де-
талей применяют верхнее
расположение матрицы
Обрезка
фланца с
последующей
вытяжкой
0,2-0,4
Для небольших дета-
лей из тонкого мате-
риала. Этот способ по-
зволяет производить фи-
гурную обрезку
Обрезка по
частям с
поворотом
заготовки
0,5—0,8
Для небольших и
средних размеров дета-
лей круглой и прямо-
угольной формы в мелко-
серийном производстве.
Кромка среза недоста-
точно ровная
Обрезка сек-
торами клино
вого штампа
0,2-0,4
Для небольших и сред-
них размеров деталей
круглой и прямоуголь-
ной формы в крупносе-
рийном производстве. Хо-
рошее качество среза
Обрезка
в штампе
с планетарно
движущейся
матрицей
0,1-0,2
Для небольших и сред-
них размеров деталей
любой формы в крупно-
серийном м массовом
производстве. Высокое
качество среза
62
РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ
Продолжение табл. 20
Способы
обрезки
Эскизы
Точность
обрезки
по высоте
в мм
Область применения
Обрезка одно-
временно с
первой
вытяжкой
0,1—0,2
Для цилиндрических,
реже для прямоуголь-
ных деталей небольших
размеров. Кромка имеет
завал изнутри наружу
Обрезка одно-
временно с
последней
вытяжкой
0,1—0,2
Для цилиндрических
и прямоугольных дета-
лей небольших и сред-
них размеров. Кромка
имеет тот же дефект, что
и выше
В табл. 20 приведены основные способы обрезки кромок после вытяжки и ука
зана область преимущественного применения каждого способа.
На рис. 46 показан способ обрезки на плоскообрезном штампе при помощи пла-
нетарно движущейся матрицы. Обрезка происходит между режущими кромками
пуансона и матрицы, перемещающейся в горизонтальной плоскости перпендику-
лярно вертикальным стенкам детали (рис. 46, а и 6). В данном случае применена
«плавающая» матрица /, установленная на подвижные профильные кулачки 2,
которые опускаются под действием нажимных стоек; матрица получает горизон-
тальное перемещение от неподвижного профильного кулачка 3. Для обрезки цилин-
дрических деталей применяют три пары профильных кулачков, которые создают
последовательное перемещение матрицы в трех направлениях под углом 120°
Обрезка квадратных коробок производится за четыре движения матрицы
(рис. 46, в), каждое из которых осуществляется от двух пар кулачков (Л, В, С, D —
рис. 46, г). Цифрами /, //, III и IV показана последовательность движения обрез-
ной матрицы (рис. 46, в) и соответствующие им вертикальные положения кулачков
(рис. 46, г). Плоскообрезные штампы позволяют производить профильную обрезку
вертикальных стенок детали.
Для изготовления цилиндрических деталей с выступами и шлицами по краю
г.-ожет быть применен новый способ совмещенной вытяжки и фигурной обрезки [139].
ГЛАВА II
ГИБКА
происходит сильное искажение поперечного
Рис. 47. Схема процесса гибки
почти без искажения поперечного сечения,
направлении противодействует сопротивление
10 ПРОЦЕСС ГИБКИ ЛИСТОВОГО МЕТАЛЛА
Гибка листового металла осуществляется в результате упруго-пластической
деформации, протекающей различно с каждой из сторон изгибаемой заготовки.
Слои металла внутри угла изгиба (со стороны пуансона) сжимаются и укора-
чиваются в продольном и растягиваются в поперечном направлении. Наружные
слои (со стороны матрицы) растягиваются и удлиняются в продольном и сжимаются
в поперечном направлении. Между удлиненными и укороченными слоями (волок-
нами) находится нейтральный слой, длина которого равна первоначальной длине
заготовки. При гибке узких полос
сечения, заключающееся в умень-
шении толщины в месте изгиба,
уширении внутри угла с образова-
нием поперечной кривизны и суже-
нии с наружной стороны (рис. 47).
В результате утонения мате-
риала и искажения формы попе-
речного сечения нейтральный слой
в месте изгиба не проходит по се-
редине сечения, а смещается в сто-
рону малого радиуса. При - гибке
широких полос и листов также
происходит утонение материала, но
так как деформации в поперечном
материала большой ширины. Лишь по краям широких полос происходит деформа-
ция, аналогичная поперечной деформации узких полос. Поэтому схемы напря-
женно-деформированного состояния различны в случае изгиба узких и широких
заготовок, так как для первых сравнительно легко осуществима, а для вторых
весьма затруднена поперечная деформация вдоль линии изгиба [223].
В большинстве случаев гибка происходит при большой величине деформаций,
когда в металле кроме продольных растягивающих и сжимающих напряжений обра-
зуются радиальные напряжения сжатия, которые возникают в результате давления
крайних слоев металла на внутренние и достигают наибольшей величины у ней-
трального слоя.
На рис. 48 приведены схемы напряженно-деформированного состояния при
изгибе. При изгибе узких заготовок (рис. 48, а) деформированное состояние —
объемное, так как поперечное сечение образца деформируется во всех трех направ-
лениях. По мере увеличения ширины изгибаемой заготовки поперечная деформация
постепенно уменьшается и становится весьма малой в результате значительного
сопротивления, оказываемого большой шириной заготовки, вследствие чего ее
практически можно принять равной нулю и считать деформацию плоской. Из закона
постоянства объема следует, что в этом случае деформация удлинения в одном
64
ГИБКА
направлении равна по величине деформации укорочения в другом направлении
(рис. 48, 6).
Напряженное состояние во внутренних слоях по толщине заготовки отличается
от напряженного состояния на поверхности добавлением напряжения сжатия os.
На нейтральном слое (о) происходит перемена знака тангенциальных напряжений.
Поэтому можно считать, что на нейтральном слое напряжений действуют лишь
радиальные (на схеме вертикальные) сжимающие напряжения os, достигающие здесь
наибольшего значения. В точках на боковой поверхности полосы (рис. 48, б) напря-
женно-деформированное состояние аналогично состоянию при изгибе узких полос.
С целью упрощения при изгибе широких заготовок деформацией боковых по-
верхностей можно пренебречь и рассматривать деформацию всего сечения как
деформацию сдвига.
Рис. 48. Схемы напряженно-деформированного состояния прн изгибе!
е — деформации; о — напряжения
Следует отличать гибку с малым радиусом закругления при большой степени
пластической деформации от гибки с большим радиусом закругления при неболь-
шой степени пластической деформации.
При гибке с малыми радиусами закруглений напряжения и деформации не
сосредотачиваются под ребром пуансона, а распространяются на значительную
длину заготовки между опорами. В результате этого заготовка получает изгиб по
параболической кривой, с постепенно увеличивающейся кривизной и уменьшением
плеча изгиба.
Последовательность процесса угловой гибки приведена на рис. 49, а. На всем
протяжении процесса гибки заготовка имеет внутреннее закругление, которое больше
радиуса пуансона, причем в процессе гибки происходит постепенное уменьшение
радиуса кривизны и плеча изгиба (4, /2, lk). Заготовка постепенно уменьшающимся
закруглением прилегает в двух точках к стенкам матрицы, а с некоторого момента
оказывается прижатой к пуансону в трех точках. И только в конце хода,
при калибрующем глухом ударе, заготовка прилегает к пуан-
сону. Опытами автора установлено, что полного прилегания заготовки к пуан-
сону и в конце хода не получается; между ними по оси пуансона остается зазор.
На рис. 49, б приведена последовательность процесса двухугловой гибки скобы.
Этот случай гибки значительно отличается от рассмотренного не только тем, что он
требует обязательного применения прижима, но и иной величиной изгибающего
момента, так как в данном случае изгиб происходит с малым расстоянием между
опорами. Большое значение имеет усилие прижима. В левой части верхних схем
показана последовательность гибки при недостаточной силе прижима, в результате
чего деталь получается некачественной — недоштампованной. В правой части схем
ПРОЦЕСС ГИБКИ ЛИСТОВОГО МЕТАЛЛА
65
Рис. 49. Последовательность процесса
гнбкн: а — одноугловая; б — двухугловая
показана последовательность гибки при достаточно большой силе прижима, обес-
печивающей полный загиб полок при плоском дне.
На нижней схеме (рис. 49, б) приведен более надежный способ гибки деталей
средней толщины с глухим калибрующим ударом в нижнем положении. Однако он
требует применения материала с неболь-
шим отклонением по толщине и запаса
мощности пресса, во избежание закли-
нивания в нижней мертвой точке.
На рис. 50 приведены диаграммы
зависимости усилий гибки от глуби-
ны продвижения пуансона h для рас-
смотренных случаев гибки: угловой
(рис. 50, а) и двухугловой (рис. 50, б). По
мере увеличения глубины h можно вы-
делить три участка: / — упругого изги-
ба; II — пластического изгиба и III —
участок калибровки, когда усилие резко
возрастает.
Угловая гибка обычно производится
с калибровкой материала, для чего тре-
буется усилие Ph. Эта величина, равно
как и положение точки на кривой, не
поддается теоретическому расчету и ус-
танавливается экспериментально (см.
ниже).
На рис. 50, б приведены две кривые
изменения усилия: 1 — для двухугловой
гибки скобы с прижимом и калибровкой.
(Снижение усилия в конце пластического
изгиба вызывается небольшим перемеще-
нием вниз загнутой скобы, перед калибрующим ударом.) 2 — для двухугловой
гибки без прижима, но с калибровкой в конце хода. Прямая 3 соответствует уси-
лию прижима, возрастающему по мере сжатия буфера.
Существует большое количество разновидностей способов гибки, выполняемых
на различном оборудовании.
На рис. 51 приведены основные способы гибки в штампах: а — угловая гибка
без прижима; б — угловая гибка несимметричных деталей с прижимом; в — двух-
угловая гибка скоб с прижимом;
г — двухугловая гибка в разных на-
правлениях, осуществляемая разно-
временно; д — гибка — скручивание;
е — торцовая гибка (завивка шар-
нира).
Гибка без прижима применима
лишь для деталей невысокой точности
(7-й класс), так как допускает смеще-
ние заготовки в процессе гибки. Гибка
с прижимом применяется для деталей
повышенной точности (5-й класс), так
как не допускает смещения заготовки
в процессе гибки. Более высокая точ-
ность при гибке (3—4-й классы) до-
стигается за счет применения технологических баз и дополнительной фиксации
заготовки, а также за счет введения дополнительной калибровки.
Наряду с простыми гнутыми деталями типа угольника или скобы на произ-
водстве применяется большое количество сложно изогнутых деталей разнообразной
формы, имеющих отверстия, пазы, отбортовки и т. п. В мелкосерийном производстве
3 Романовский В. П.
Рис. 50. Диаграммы усилия гибки
66
ГИБКА
их изготовляют за несколько отдельных операций на простых штампах. В крупно-
серийном и массовом производстве обычно применяют конструктивно сложные
комбинированные гибочные штампы. Последние подразделяются на штампы после-
довательного и совмещенного типа. Как правило, последовательно-гибочные штампы
более надежны и более стойки в эксплуатации.
Рис. 51. Основные способы гибки в штампах
Кроме способов гибки в штампах, на производстве применяется ряд других
способов гибки листового металла, выполняемых на специальном оборудовании:
1) гибка профилей с растяжением на специальных станках;
2} гибка в валках и роликах;
3) гибка на кромкогибочных станках;
4) правка в многовалковых машинах;
5) профилирование на многороликовых станках.
В большинстве случаев здесь применяется свободный изгиб с большим радиусом
закругления.
11. НЕЙТРАЛЬНЫЙ СЛОЙ
В холодной штамповке в большинстве случаев применяется гибка с малым радиу-
сом закругления, сопровождаемая уменьшением толщины материала и смещением
нейтрального слоя в сторону сжатых волокон, а для узких полос, кроме того, изме-
нением прямоугольной формы поперечного сечения в трапециевидную.
НЕЙТРАЛЬНЫЙ СЛОЙ
67
Радиус кривизны нейтрального слоя при чистом изгибе образца прямоуголь-
ного сечения (рис. 52) находится по следующей формуле [103]:
р = ар = (г +0,5 Sa) ар,
где /? — наружный радиус- изогнутой детали в мм;
г — внутренний радиус гибки в мм;
5i
а = с — коэффициент утонения;
о
п ВCD 1 .
Р = —— коэффициент уширения.
В
Эта формула определяет текущее положение нейтрального слоя и характери-
зует непрерывное смещение его к центру кривизны в процессе изгиба, так как ра-
диус, а следовательно, и положение нейтрального слоя зависят главным образом
от относительного радиуса изгиба r/S и коэффициента утонения а. Коэффициент Р
при В > 2S равен единице.
Рис. 52. Деформация объемного элемента при гнбке:
------------до изгиба; - — после изгиба
Рнс. 53. Положение нейтрального
слоя
Так как при угловой гибке утонение материала различно в разных радиальных
сечениях и достигает наибольшей величины в осевом сечении, то радиус элементар-
ного нейтрального слоя также различен в этих сечениях.
Таким образом, нейтральная линия в месте изгиба является дугой большего
радиуса, касательной к окружности радиуса р, или представляет собой кривую
типа параболы, заключенную между двумя дугами радиусов р и р0 (рис. 53).
Необходимо особо отметить, что нейтральный слой не является
тем или иным физическим слоем, который можно обнаружить визуально
или другим способом, а представляет собой условную криво-
линейную поверхность, проходящую через различные слои заготовки.
Вследствие того, что длину параболической кривой подсчитать трудно, длину
нейтрального слоя в месте изгиба подсчитывают по длине дуги радиуса р (наимень-
шего радиуса кривизны нейтрального слоя в осевом сечении). Получаемое при этом
некоторое уменьшение расчетной длины нейтрального слоя технологически оправ-
дано, так как при гибке в штампах утонение материала не ограничивается закруг-
ленной частью, а распространяется и на примыкающие к закруглению прямолиней-
ные участки заготовки, что несколько увеличивает длину детали. Коэффициент
утонения при гибке зависит от пластичности материала, степени деформации и угла
изгиба.
Вопрос об утонении материала при пластическом изгибе, несмотря на ряд выпол-
ненных работ, еще не получил окончательного решения и требует дальнейших тео-
ретических и экспериментальных исследований. Для практических целей могут
быть использованы коэффициенты утонения, полученные экспериментально путем
замеров образцов из мягкой стали при изгибе их на 90° (рис. 54).
3*
68
гибка
Обычно вместо радиуса нейтрального слоя применяют коэффициент х, опреде-
ляющий расстояние этого слоя от внутреннего радиуса изгиба xS = р — г. В случае
гибки широких заготовок этот коэффициент находится по формуле:
р — г а2 г Z1 .
*= — =2- 5 (1~а>
В табл. 21 приведены проверенные на практике значения коэффициента х для
гибки на 90° широких заготовок из сталей 10—20. Значения коэффициента х отно-
сятся к случаю, когда гибка происходит без растяжения отгибаемых полок, а также
Рис. 54. Величина коэффициента утонения при гибке на 90°
(стали 10—20)
без утонения или заклинивания их между матрицей и пуансоном. В последних слу-
чаях растяжение может быть настолько значительным, что нейтральный слой ста-
новится фиктивным и выходит из пределов толщины материала.
Формула для радиуса кривизны нейтрального слоя справедлива и одинаково
применима для любого угла изгиба, но коэффициенты утонения для разных углов
различны (например, при гибке на 90 и 180°).
Необходимо указать, что обычный изгиб на 180° в холодном состоянии может
быть осуществлен только при г S. Изгиб на 180° с меньшими радиусами или вплоть
до соприкосновения сторон обычно произво-
Таблица 21. Коэффициент л дится путем последующего обжатия предвари-
для гибки на 90° (стали 10—20) тельно загнутой детали. При этом процесс
чистого изгиба нарушается, так как происхо-
дит сильное сплющивание материала в закруг-
лении, в результате чего изменяется и харак-
тер деформаций.
Экспериментально установлено, что в ре-
зультате обжатия изогнутых образцов из мяг-
кой стали до соприкосновения сторон в средней
части заготовки и происходит не утонение, а
утолщение материала.
На рис. 55 представлен график зависимо-
сти коэффициента х, определяющего положе-
ние нейтрального слоя, от отношения r/S для
случая гибки мягкой стали на 90°
При гибке заготовок других сечений (круг,
ромб, трапеция) характер деформации попе-
речного сечения будет иной, коэффициенты
утонения также иные, а следовательно, и поло-
жение нейтрального слоя должно быть иным.
При изгибе круглых прутков диаметром d
вокруг оправки или пуансона радиусом до
г/5 r/S
0,1 0,30 1 9 0,43
0,15 0,32 1,5 0,44
0,2 0,333 1,8 0,45
0,25 0,35 2,0 0,455
0,3 0,36 2,5 0,46
0,4 0,37 3 0,47
0,5 0,38 4 0,476
0,6 0,386 5 0,48
0,7 0,40 7 0,49
0,8 0,408 10 0,50
1,0 0,42
НЕЙТРАЛЬНЫЙ СЛОЙ
69
l,5d поперечное сечение почти не изменяется и практически остается
круглым.
В случае изгиба круглых прутков с меньшим радиусом изгиба (г <1,5 d) круг-
лое сечение заготовки искажается и принимает овальную и даже яйцевидную форму,
обращенную удлиненной стороной внутрь угла загиба (рис. 56). Размеры овала
превышают первоначальный диаметр заготовки.
1__! ; 1 1 □ 1 1 и__________Mill .ini г
0.1 0.15 0.2 0.3 ОЛ 050.6 0.8 1.0 [5 2 3 Ф 5 6 78910s
Рис. 55. Коэффициент х, определяющий положение нейтраль-
ного слоя при гибке иа 90°
Радиус кривизны нейтрального слоя в данном случае приближенно может быть
определен по формуле:
/ d\
р= Ir + ocx-gj аь
где at = — коэффициент утолщения в радиальном направлении (d nd1 — диа-
метр стержня до и после изгиба);
г — радиус изгиба .
9
Рис. 56. Гибка пруткового н проволочного материала: а — искажение сечения
прн изгибе круглого стержня; б — коэффициент х для двухугловой гибки
проволочных деталей
Коэффициент х, определяющий положение нейтрального слоя (расстояние до
внутренней кромки наименьшего радиуса) при изгибе круглых алюминиевых прут-
ков, приведен ниже:
Радиус изгиба
Коэффициент х . .
Ь5 а
d 0,5 а 0.25 а
. 05 d 0,51 d 0.53 d 0.55 d
Таким образом, при гибке круглых прутков радиусом г 1,5 d нейтральный
слой проходит через центр круглого сечения, а при гибке радиусом r<l,5d —
через смещенный вниз центр тяжести искаженного сечения.
На рис. 56, б приведены экспериментальные значения коэффициента х для двух-
угловой гибки проволочных деталей в зависимости от относительного радиуса
изгиба rid.
70
ГИБКА
Гибка полос на ребро мало исследована. Приведенные выше формулы к ней
неприменимы. Однако в качестве первого грубого приближения при изгибе на
ребро с отношением -^^2 можно пользоваться приведенными в табл. 21 значе-
ниями коэффициента х.
Изгиб прокатных профилей производится главным образом на профилегибоч-
ных роликовых машинах или специальных гибочных прессах при больших радиу-
сах кривизны (R >10h). Поэтому в данном случае с достаточной степенью точ-
ности можно считать, что нейтральный слой проходит через центр тяжести сечения
профиля.
При изгибе профилей происходит искажение первоначального сечения профиля
в результате того, что действующие в полках профиля растягивающие и сжимаю-
щие силы 7V и Q дают радиально направленные равнодействующие и Р2, отги-
бающие полки внутрь (рис. 57).
Рис. 57. Схема действия сил при гибке профилей
У других типов профилей полки изгибаются и выворачиваются таким образом,
чю момент сопротивления поперечного сечения уменьшается, благодаря чему сни-
жаются величина изгибающих моментов и усилия гибки.
На рис. 58 показано искажение сечения различных типов профилей при изгибе.
В холодной штамповке широко применяется операция закатки петель шар-
ниров, производимая путем торцового давления пуансона, имеющего полукруглую
выемку (рис. 59, а). При этом имеет место более сложная пластическая деформация,
состоящая из консольного цилиндрического изгиба и несимметричного сжатия от
силы трения. В результате тангенциального сжатия этот случай изгиба прибли-
жается к изгибу со сжатием. Вместо утонения происходит небольшое утолщение и
укорочение заготовки. Нейтральный слой смещается в сторону наружной поверх-
ности (рис. 59, а).
Консольный цилиндрический изгиб осуществим до соотношения R < 3,3S,
ниже которого не происходит потери устойчивости заготовки. Поэтому закатка
шарнирных петель обычно производится при соотношении R = (2 4- 3,2) S. При
большем значении R закатку следует производить с применением оправки диа-
метром, равным внутреннему диаметру петли.
При торцовой закатке плоских заготовок край шарнирной петли остается неза-
кругленным. Для устранения этого заготовка должна иметь предварительно подо-
гнутые кромки с закруглением по радиусу на участке 90°. Иногда подгибка кромок
осуществляется при вырубке заготовки. При этом достаточно иметь закругление на
участке 45—50°.
Радиус кривизны нейтрального слоя в случае торцовой закатки может быть
найден по формуле:
р = R — yS<
НЕЙТРАЛЬНЫЙ СЛОЙ
71
В табл. 22 приведены приближенные значение p/S и у в зависимости от задан-
ного отношения R/S для сталей 10—20.
Рис. 58. Деформация сечения прокатных профилей при изгибе
Для определения размеров заготовки при торцовой закатке шарнирных петель
автором предложены формулы, приведенные в табл. 27.
При последовательной штамповке в лен-
те иногда применяется закатка шарнирных
петель за два или три перехода (рис. 59, б).
Рис. 59. Торцовая гибка шарнирных петель: а — в одну опе-
рацию; б — в две операции
В этом случае первый и второй переходы являются обычной гибкой пуансоном
с радиусом г\ положение нейтрального слоя определяется по табл. 20. Во время
третьего перехода происходит торцовый изгиб вертикального участка длиной /,
72
ГИБКА
к которому применимо сказанное выше. Однако наличие соседних изогнутых участ-
ков искажает результаты гибки.
Рассмотренный выше нейтральный слой является нейтральным слоем дефор-
маций (первоначальной длины) и
Таблица 22. Коэффициенты
p/S и у при относительном
радиусе R/S
R/S 1 0/S
1,6 1,2 0,4
1,8 1,38 0,42
2,0 1,56 0,44
2,2 1,74 0,46
2,4 1,92 0,48
2,6 2,11 0,49
2,8 2,3 0,5
3,0 2,5 ОД
3,2 2,7 0,5
имеет большое практическое значение, так как
точное определение его положения необходимо
для нахождения правильной длины заготовки,
предельно допустимого радиуса изгиба и пр.
От этого слоя необходимо отличать нейтральный
слой напряжений, в котором происходит пере-
мена знака напряжений сжатие — растяжение.
Положение нейтрального слоя напряжений
может быть определено по формуле, получен-
ной из анализа распределения напряжений по
сечению [98],
aS
Рн = у Кг = г |/ 1 + ~ ,
где Рн — радиус кривизны нейтрального слоя
напряжений.
Радиус кривизны нейтрального слоя на-
пряжений меньше радиуса кривизны нейтраль-
ного слоя деформаций, а следовательно, первый
находится ближе к центру кривизны изгиба.
В работах автора показано, что несовпадение
нейтрального слоя напряжений с нейтральным слоем деформаций при изгибе явля-
ется результатом отставания деформаций от напряжений в средних слоях попереч-
ного сечения [103]. Это происходит вследствие непрерывного смещения нейтрального
слоя к центру кривизны, причем часть средних слоев, находившихся в начале
изгиба в сжатой зоне и уже получивших укорочение, «переходит» в растянутую
зону и подвергается растяжению. Отсюда следует вывод, что нейтральный слой
напряжений всегда укорочен по длине, нейтральный же слой деформаций сна-
чала укорочен, а затем вновь растянут до первоначальной длины и всегда нахо-
дится в напряженном состоянии.
12. ВЕЛИЧИНА ДЕФОРМАЦИЙ И МИНИМАЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ
РАДИУСЫ ГИБКИ
Минимально допустимые радиусы гибки должны соответствовать пластич-
ности металла и не допускать образования трещин. Следовательно, минимальные
радиусы гибки должны быть установлены по предельно допустимым деформациям
крайних волокон. Величину деформаций крайних волокон при гибке широких заго-
товок можно определять по формулам, учитывающим утонение материала и сме-
щение нейтрального слоя [226].
Для растянутого наружного слоя радиуса /?:
- + а-
S ’ 2
aS
-оН-1
S + 2
Для сжатого наружного слоя радиуса г:
- +-
5'2, , ,
ег=—-----1; ’IV =1
aS
aS
S’ 2
Здесь в — полное относительное удлинение, тождественное наибольшему относи-
тельному удлинению в шейке образца при растяжении;
ВЕЛИЧИНА ДЕФОРМАЦИЙ И ДОПУСТИМЫЕ РАДИУСЫ ГИБКИ
73
ф — относительное сужение поперечного сечения.
На рис. 60 показана диаграмма величины деформации крайних волокон в зави-
симости от отношения r/S для сталей 10—20.
Таблица 23. Деформации наружных растянутых волокон при
гибке на 90° (стали 10—20)
Показатель деформации Относи- тельная ширина полосы B/S Деформации при относительном изгиба r/S радиусе 1
0,1* 0,25* 0,5 1,0 2.0 3,0 4,0
Полное относитель- >3 120 88 61,3 38 21,6 15 11,5
ное удлинение в % 1 111 81 55 33 17 10,2 7
Относительное су- >3 55 47 38 27,6 18 13 10,3
жение поперечного се- чения ф^ в % 1 53 44,6 За,6 25,2 14,5 10 7
Примечание. Отмеченные звездочкой данные приводятся условно, так как
прн изгибе указанной кривизны характер деформации изменяется.
В табл. 23 приведены результаты подсчета по указанным формулам величины
деформации наружных растянутых волокон для сталей 10—20 при гибке на 90°.
Таблица 24. Радиусы гибки
в зависимости от величины
относительного сужения ф
Ф в % । | Радиус гибки г
62 0
55 0,lS
50 0,25
45 0,3S
40 0,43S
35 0,62S
30 0,85S
25 1,15S
20 1.7S
18 2,OS
15 2,5S
10,3 4,OS
8,5 5,OS
4,5 10.0S
Относительное сужение поперечного сечения является более правильной харак-
теристикой пластичности металла, чем относительное удлинение. Для определения
радиуса гибки по величине относительного поперечного сужения для сталей 10—20
составлена табл. 24.
74
ГИБКА
Таблица 25. Минимальные радиусы гибки
В отожженном или норма- лизованном состоянии В наклепанном состоянии
Материалы Расположение линии сгиба
поперек волокон проката вдоль воло- кон проката поперек воло- кон проката вдоль воло- кон проката
Радиусы гибки
Алюминий 0.3S 0,8S
Медь отожженная 0 0,35 1.0S 2,OS
Латунь Л68 0.4S 0,8S
Стали 05, 08кп 0,25 0,5S
Стали 08 —10 Ст. 1, Ст. 2 0 0,45 0,4S 0,8S
Стали 15—20 Ст. 3 0,1 S 0,5S 0,55 l,0S
Стали 25—30 Ст. 4 0.2S 0,65 0,6S 1,2S
Стали 35—40 Ст. 5 0.3S 0,8S 0,85 1,5S
Стали 45—50 Ст. 6 0,55 l,0S 1,05 1,7S
Стали 55—60 Ст. 7 0,7S 1,3S 1,3S 2,OS
Нержавеющая сталь Х18Н9 IS 2S 3S 4S
Дуралюмин мягкий l,0S 1,5S 1,5S 2,5S
Дур алюмин твердый 2,OS 3,05 3.0S 4,OS
Магниевые сплавы: Нагрев до 300° С В холодном состоянии
МА1-М 2S 3S 6S 8S
МА8-М 1,5S 2S 55 6S
ВЕЛИЧИНА ДЕФОРМАЦИЙ И ДОПУСТИМЫЕ РАДИУСЫ ГИБКИ
75
Продолжение табл. 25
Материалы Отожженные нли норма- лизованные Наклепанные
Расположение линии сгиба
поперек волокон проката ВДОЛЬ воло- кон проката поперек волокон проката вдоль воло- кон проката
Радиусы гибки
Титановые сплавы: ВТ1 ВТ5 • Нагрев до ; 1,5S 3S 300 -400° С 2S 4S В холодное 3S 5S 4 СОСТОЯНИИ 4S 6S
Молибденовые сплавы ВМ1 и ВМ2 (S 2 мм) Нагрев до 2S 400—Б00° С | 3S В холодное -I состоянии 5S
Примечания:
I. Минимальные радиусы гибки следует применять лишь в случае абсолютной кон-
структивной необходимости, во всех остальных случаях применять увеличенные радиусы
гибки.
2. При гибке под углом к направлению проката следует брать средине промежуточ-
ные значения в зависимости от угла наклона линии сгиба.
3. В случае гибки узких заготовок, полученных вырубкой нли резкой без отжига,
радиусы гибки нужно брать как для наклепанного металла.
4. При гибке толстых листов (свыше 8—10 мм) рекомендуем применять радиусы
гибки относительно большей величины.
Таблица 26. Наименьшие радиусы при гибке профилей и труб
Т11П профиля Наименьший радиус изгиба Примечание
Прокатные профили: мелкие средние крупные 00 о 1 1 1 ОО СП о S- S- Гибка на трехроликовых маши- нах. При гибке в свободном со- стоянии предельный радиус изгиба значительно больше (25—50Л)
Тонкостенные профили: симметричные несимметричные г 8-ЮЛ 20—25Л Гибка на специальных профиле- гибочных станках
Стальные полосы (кольце- вая гибка на ребро) 3-4Л Верхнее значение для гибки на роликовых машинах
76
ГИБКА
Продолжение табл. 26
Тип профиля Наименьший радиус изгиба Примечание
Стальные трубы: при S = 0,02D > S = 0,05D » S = 0,lD » S=0,15D 4D 3,6D 3D 2D Радиус изгиба по оси трубы. Гибка без наполнения или оправки. При меньших радиусах изгиба гибку следует производить с оправ- кой или наполнением
Обозначения: h — высота профиля; D — диаметр трубы; S — толщина стенки трубы.
Зная ф из испытаний на растяжение, по табл. 24 находим минимальный радиус
гибки.
Полученные из испытаний величины относительного сужения при разрыве
Фтах МОГУТ быть применены для определения наименьшего радиуса гибки п о -
перек волокон проката.
При гибке вдоль направления проката величина предельно допустимых дефор-
маций ф' берется меньшей: ф' ^0,7 фтах.
В табл. 25 для практического пользования приведены приближенные зна-
чения минимально допустимых радиусов гибки для различных материалов
при разном расположении линии сгиба.
Обычно гибке подвергаются заготовки, полученные вырубкой в штампах или
резкой на ножницах. И в том и в другом случае вблизи поверхности среза обра-
зуется зона наклепанного и деформированного металла, твердость которого на
20—30% выше, а пластичность ниже, чем в ненаклепанной зоне. В табл. 25 при-
ведены данные для отожженного и наклепанного состояния.
Как видно из табл. 25, правило расположения линии сгиба поперек волокон
проката следует строго применять лишь в случае гибки с очень малыми радиу-
сами [для мягкой стали г < (0,5 1,0) SJ. При гибке с большими радиусами
закруглений расположение волокон проката безразлично, что в ряде случаев по-
зволяет получить более экономный раскрой материала.
Значительно большую опасность в отношении образования трещин при гибке
представляют заусенцы и их произвольное расположение при изгибе, поэтому заго-
товку следует устанавливать заусенцами внутрь угла изгиба. Большие заусенцы
недопустимы, так как приводят к образованию трещин при любой установке за-
готовки.
Общие технологические правила, относящиеся к заготовкам, подлежащим гибке,
следующие.
1. Вырубку заготовок, подлежащих гибке с малым радиусом, сле-
дует производить при таком расположении на полосе, чтобы линия сгиба прохо-
дила поперек или под углом к направлению волокон проката, иначе возможны
трещины. Если соблюдение этого правила приводит к неэкономному раскрою
материала, следует от него отказаться, применив увеличенные радиусы гибки.
В этом случае направление волокон проката безразлично и не вызывает образо-
вания трещин
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ЗАГОТОВОК ПРИ ГИБКЕ
77
2. Вырубку заготовок несимметричного контура следует производить в таком
направлении, чтобы при гибке заусенцы были направлены внутрь угла гибки,
а не наружу. В противном случае неизбежно образование трещин.
3. Заготовки желательно подвергать виброгалтовке или обкатывать в барабане
для удаления заусенцев или зачищать другим способом.
При гибке профилей, труб, а также полос на ребро наименьший радиус изгиба
лимитируется не прочностью металла (так как при больших радиусах изгиба дефор-
мации крайних волокон невелики), а потерей устойчивости и деформацией (искаже-
нием) поперечного сечения профиля (рис. 58).
Наименьший радиус при гибке труб зависит от рода материала, относительной
толщины стенки и способа гибки. В табл. 26 приведены наименьшие радиусы гибки
профилей и труб.
13. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ЗАГОТОВОК ПРИ ГИБКЕ
Определение размеров плоских заготовок, подлежащих гибке, основано на
равенстве длины заготовки длине нейтрального слоя изогнутой детали и сводится
к определению положения и длины нейтрального слоя в зависимости от относитель-
ного радиуса изгиба r/S.
Различают два основных случая определения размеров заготовки:
1) при гибке с закруглением (по радиусу);
2) при гибке под углом без закругления (с калибровкой угла).
В первом случае длина заготовки равна сумме длин прямых участков и длины
нейтрального слоя в изогнутом участке.
Длина нейтрального слоя в изогнутом участке определяется по формуле
1 = Бю (r + xS> = °’017 «Р « + xS>
iov
или при ф = 90°
/ = у (г + xS) = 1,57 (r+xS),
где I — длина нейтрального слоя изогнутого участка;
ф — угол изогнутого участка;
х — коэффициент, определяющий положение нейтрального слоя (см. табл. 21).
Угол изогнутого участка только при ф = 90° равен углу гибки, в остальных
случаях он составляет (рис. 61):
ф 3= 180’ — а,
где а — внутренний угол гибки.
В табл. 27 приведены примеры определения размеров заготовок для наиболее
распространенных случаев гибки по радиусу.
Расположение нейтральной линии (xS) определяется в зависимости от от-
ношения r/S и находится по табл. 21 или по графику, представленному на
рис. 55.
Для упрощения подсчетов и удобства пользования в производственных усло-
виях в табл. 28 приведена вычисленная длина нейтрального слоя угловых закруг-
лений в зависимости от толщины материала и радиуса гибки
тг
1н = % (г "Ь
Приведенные в таблице значения 1Н подсчитаны для гибки под углом 90°.
78
ГИБКА
Таблица 27. Определение размеров заготовки при гибке с
закруглением (по радиусу)
Тнп гибки Эскиз Длина заготовки в мм
Одноугловая Г /Л' г L = 1х121н = = *i +4 +у (/• + *$)
Двухугловая ГП £' J L = /1 4~ 4 + 4 + л (г + *8) — == 4 + 4 + 4 + 2/w
Четырехугловая (за две операции) *1 г ’ll * L t3 —Г L = Zi + 24 + 4 + 4 + + 2ZWi + 2/H2 = = 4 + 24 + 4 + 4 + + л (rt + XpS) + л (r2 + x2S)
Полукруглая (U-образная) л_. \ kJ L = 2/ + 2lH = 21 4- л (r + xS)
Торцовая (закатка) 1 Ct 1_ /! ..L А L — 45лр + 2/? — S p = R — yS
Примечания:
1. Коэффициент х см. по табл. 21, коэффициент у см. по табл. 22
2. Значение 1Н брать по табл. 28.
Таблица 28. Длина нейтрального слоя угловых закруглений 1Н=~ (г xS) в мм
г в мм Толщина материала $ в мм г в мм
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0.6 0,8 1 1,2 I 1.3 ' 1,5 1 1,6 ' *-8 2 2,5 3 1 3,5 4 5
0,2 0,39 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,75 0,83 0.93 0,98 1,08 1.12 1,19 1,26 — — — 0,2
0,3 0,55 0.61 0,67 0,73 0.78 0.83 0,93 1,03 1,13 1,16 1,25 1,31 1,40 1,50 1,70 1.88 — — — 0,3
0.4 0,70 0,77 0,83 0.89 0.95 1,00 1,11 1,21 1,30 1,35 1,46 1,48 1,58 1,67 1,90 2,14 2,36 2.52 — 0,4
0,5 0,86 0,93 1,00 1,06 1,12 1,17 1,28 1,38 1,48 1,54 1,63 1,68 1.78 1,85 2,10 2,30 2.54 2,80 3.14 0,5
0,6 1,02 1,09 1,16 1.22 1,38 1,34 1,45 1,56 1,66 1,71 1,81 1,85 1,95 2,06 2,30 2,50 2,75 3,00 3,46 0,6
0,8 1,33 1.41 1,47 1.54 1,61 1,67 1,78 1,90 2,00 2,06 2,16 2,21 2,31 2,42 2,67 2,92 3,15 3,35 3,80 0.8
1.0 1,65 1,73 1,79 1,86 1,93 1,99 2,11 2,23 2,35 2,40 2,51 2,56 2,68 2,76 3,02 3,26 3,51 3,77 4,20 1,0
1,5 2,43 2,51 2.5S 2,65 2,73 2,79 2.93 3,06 3,17 3,23 3,35 3,41 3,51 3,63 3.89 4,15 4,41 4,65 5,14 1,5
2,0 3,23 3.30 3,37 3,44 3,52 3,59 3,73 3,86 3,99 4,05 4,17 4,22 4,34 4,46 4,74 5,00 5,27 5,53 6,05 2,0
2,5 4,01 4,08 4,16 4,23 4,30 4,37 4,52 4,66 4,79 4,85 4,99 5,05 5,17 5,28 5.58 5,86 6.13 6,40 6,91 2,5
3,0 4,79 4,87 4,95 5,02 5,09 5,16 5,31 5,45 5,59 5,66 5,78 5,85 5,98 6,11 6,39 6,69 6,98 7,26 7,78 3,0
3,5 5,58 5,65 5,73 5,80 5,88 5,95 6,10 6,24 6,3 < 6,45 6,59 6,65 6,73 6,91 7,23 7,51 7,81 8,11 8,64 3,5
4,0 6,36 6,44 6,51 6,60 6,66 6,74 6,88 7,03 7,17 7,24 7,38 7,45 7,59 7,71 8,04 8,34 8,63 8,92 9.48 4,0
4,5 7,15 7,23 7,30 7,38 7,45 7,52 7,67 7,82 7,96 8,03 8,18 8,25 8,38 8,52 8,84 9.17 9,44 9,74 10,34 4,5
5,0 7,93 8,01 8,09 8,16 8,24 8,31 8,46 8,62 8,75 8,82 8,97 9,04 9,18 9,32 9,64 9,97 10,27 10,56 11,15 5,0
6 9.50 9,58 9,66 9,73 9,81 9,90 10,03 10.18 10,32 10,40 10,54 10,61 10,76 10,90 11,25 11,57 11,90 12,23 12,78 6
7 11.07 11,15 11,23 11,31 11,38 11,45 11,61 11,80 11,90 11.97 12,12 12,19 12.33 12,48 12,83 13,18 13,50 13,83 14,45 7
8 12,54 12,72 12,80 12,88 12,95 13,03 13,30 13,33 13,47 13,55 13,69 13,77 13,91 14,06 14,42 14.76 15,11 15,43 16,08 8
9 14,22 14,29 14,37 14,45 14,53 14,60 14,75 14,90 15,05 15,12 15,27 15,34 15,49 15,63 16,00 16,35 16,69 17,05 17,69 9
10 15,79 15,87 15,94 16,03 16,10 16,17 16,32 16,50 16,62 16,69 16,84 16,92 17,09 17,29 17,59 17,93 18,29 18,63 19,28 10
11 17,36 17,44 17,51 17,59 17,67 17,75 17,90 18,04 18,19 18,27 18,41 18.49 18,64 18,78 19.15 19.51 19,86 20,22 20,90 И
12 18,93 19.01 19,09 19,16 19,24 19,33 19.47 19,62 19,77 19,84 19,99 20,06 20,21 20,36 20,72 21,09 21,44 21,80 22,49 12
13 30,50 20,58 20,6G 20.73 20,81 20,89 21,04 21,19 21,34 21,41 21,56 21,63 21,78 21^93 22,30 22,66 23,02 23,38 24,09 13
14 22,07 22,15 22,23 22,31 22,38 22,46 22,61 22,76 22,91 22,99 23,13 23,21 23,35 23,50 23,87 24,26 24,60 24,96 25,67 14
15 23,63 23,70 23,77 23,84 23,90 24,03 24,18 24,33 24,48 24,57 24,70 24,76 24,91 25,06 25,47 25,86 26,18 26,55 27,25 15
Примечание. Приведенные величины 1н подсчитаны для угла 90° при значении . ж по табл. 21 . и округлены до 0,01 мм.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ЗАГОТОВОК ПРИ ГИБКЕ
со
80
ГИБКА
НИЙ
рам
Рис.
61. Соотношение между
углом изогнутого участка и
углом гибки (ср = 180° — а)
В случае необходимости найти длину нейтрального слоя для другого
угла гибки, найденные из табл. 28 значения следует умножить на отно-
шение ф/90, где ф — требуемый угол гибки в град.
В случае, если размеры гнутых деталей заданы, включая радиусы закругле-
ние. 62), то подсчет длины развертки производится по заданным разме-
с введением поправки, приведенной в предыдущем издании справочника
(табл. 40) [103].
При подсчете длины развертки точных деталей
с двусторонним допуском (d::) расчет производится
по номинальным размерам детали.
Если же размеры детали заданы с односторонним
допуском (рис. 62, а), то для того чтобы деталь не
вышла из поля допуска, необходимо односторонние
допуски пересчитать на двусторонние (рис. 62, б).
Расчет развертки производится по пересчитанным но-
минальным размерам детали на технологические раз-
меры.
Необходимо сделать следующие технологические
указания, без которых невозможно получить точные
гнутые детали.
1. Размеры деталей будут соответствовать расчет-
ным лишь в том случае, если гибка происходит без
растяжения и утонения отгибаемых полок.
2. Двухугловая гибка должна производиться в
штампах с сильным прижимом (см. рис. 49). В про-
тивном случае средний участок, отжимая слабый при-
жим, выгибается и имеет большую длину чем ширина
матрицы. Без калибровки деталь получается некаче-
ственной, а при калибровке происходит осадка выпуклости и утолщение мате-
риала. Вследствие этого деталь получается с более короткими полками, чем
предусматривалось по расчету. При гибке
деталь получается качественной.
с сильным прижимом (0,3—0,5) Ризг
Рис. 62. Схема пересчета односторонних допусков на двусторонние
3. Четырехугловая деталь должна гнуться за две операции или за два пере-
хода последовательного штампа. При одновременной гибке всех четырех углов про-
исходит растяжение верхних полок и деталь получается больших размеров, чем по
расчету, и неправильной формы.
В случае гибки под углом без закругления размеры заготовки находят исходя
из равенства объемов заготовки и изогнутой детали с учетом утонения в месте изгиба.
Длина заготовки определяется как сумма длин прямых участков и прибавки на
образование углов
L — /1 + /2 + • • • (п — 1),
УПРУГОЕ ПРУЖИНЕНИЕ ПРИ ГИБКЕ
81
Где п — число прямых участков;
4, 4» — длина прямых участков в мм;
k — коэффициент, составляющий 0,38—0,40 при закруглении пуан-
сона радиусом г = 0,055 и 0,45—0,48 при закруглении пуан-
сона радиусом г =0,15; причем меньшие значения отно-
сятся к толщине материала 5 < 1 мм, а большие — к толщине
5 = 3 -- 4 мм.
Пример 1. Определить длину заготовки для двухугловой гибки скобы разме-
рами /1 = 12 = 40 мм, 13 = 30 мм, г — 1 мм и s = 2 мм.
По табл. 28 находим длину нейтрального слоя 1Н = 2,76 мм.
Длина заготовки
L = 2/х + /3 + 21н = 80 + 30 4- 5,52 115,5 мм.
Пример 2. Определить длину заготовки для шарнирной петли (нижняя схема
табл. 27) при R = 3 мм, 5 = 1,5 мм.
Находим радиус нейтрального слоя р = R — yS; по табл. 22 для = 2,0
и у = 0,44
р = 3-0,44- 1,5 = 2,34 мм.
Длина развернутой заготовки
L = 1,5лр + 2R — 5 = 11,0 4-6— 1,5 = 15,5 мм.
14. УПРУГОЕ ПРУЖИНЕНИЕ ПРИ ГИБКЕ
Рис. 63. Изменение угла в ре-
зультате пружинения
Гибка, являющаяся процессом пластической деформации, сопровождается
упругой деформацией, определяемой законом Гука. По окончании гибки упругая
деформация устраняется, вследствие чего происходит изменение размеров изделия
по сравнению с размерами, заданными инструментом, называемое упругим пру-
жинением (рис. 63).
Упругое пружинение обычно выражается в
угловом измерении и является той величиной, на
которую следует уменьшить угол гибки, чтобы по-
лучить требуемый угол изогнутой детали. Вели-
чина угла пружинения может быть определена
двумя способами: аналитическим расчетом вели-
чины упругой деформации или опытным путем,
посредством испытаний и замеров.
Величина упругого пружинения различна для
свободной гибки без калибровки материала и для
гибки в упор с калибровкой материала и чекан-
кой угла.
При свободной гибке величина упругого пружинения зависит от упругих свойств
материала, степени деформации при гибке (соотношения г/5), угла гибки и способа
гибки (V- или П-образная).
Ниже приводятся упрощенные формулы для приближенного определения
упругого пружинения при свободной гибке [103]:
для V-образной гибки
tg р = 0,375 4 • :
«о £
82
ГИБКА
для П-образной
где Р — угол пружинения (односторонний);
k — коэффициент, определяющий положение нейтрального слоя в зависимости
от r/S, равный 1 — х;
I — расстояние между опорами — губками матрицы в мм\
— плечо гибки, равное rM + rn + 1,25S, в мм.
Коэффициент х находится по табл. 21.
При гибке с большими радиусами закруглений или при U-образной гибке необ-
ходимо определить не угловое пружинение, а упругое изменение радиуса после
гибки. В данном случае по заданному чертежом отношению определяют величину
остаточной деформации крайних волокон по приближенной формуле
Затем по диаграмме растяжения данного материала находят величину полной
деформации
&п “ -|- &упр
и определяют искомый (уменьшенный) радиус пуансона по формуле
r = 0,5s(——1
\е„
В случае гибки в упор с калибровкой материала и чеканкой угла упругое пру-
но также от настройки пресса и сте-
пени наклепа металла. Из прак-
тики известны примеры, когда
упругое пружинение при гибке в
упор с малым радиусом закругле-
ния пуансона | — < 0,2 4- 0,3 j и че-
канкой угла дает не увеличение,
а уменьшение угла детали. Объяс-
нение этому дает схема процесса
гибки, приведенная на рис. 64, в
частности, последние две стадии —
выпрямление боковых полок и че-
канка угла.
При гибке в упор с чеканкой
угла имеет место взаимопротиво-
положное упругое пружинение:
пружинение закругления угла из-
гиба (положительное пружинение)
и пружинение выпрямляемых пуан-
соном боковых полок (отрицатель-
ное пружинение).
В результате взаимокомпенси-
рующего действия положительного
от величин r/S, 1/S и а возможны три
случая: общий угол пружинения положителен, равен нулю или отрицателен, как
изображено на рис. 64.
Необходимо указать, что при гибке в упор с чеканкой угла даже в одном и том
же штампе может быть получена различная величина упругого
пружинения в зависимости от настройки пресса и положения нижней мерт-
жинение зависит не только от отношения
Нейтральная
пиния после
упругого пру-
жинения
7 >1з
Рис. 64. Различные случаи пружинения при гнб-
ке в упор с малым радиусом (при +е > — угол
пружинения положительный, при 4-е2 — —е2 —
равен нулю, при +е3 < —вз — отрицательный)
tp3
нейтральная
линия б штампе
-%
в зависимости
и
УПРУГОЕ ПРУЖИНЕНИЕ ПРИ ГИБКЕ
83
следующие
вой точки. Вследствие этого в данном случае наиболее простым способом является
определение угла пружинения опытным путем.
На рис. 65 приведен график для определения углов пружинения при гибке
стальных деталей (сталь 10) в зависимости от относительной деформации изгиба [288].
В основу графика положены
ного слоя):
Р - 1 2Р°Ц
Ро SE ’
S
= Р-^;
s
го — Р« 2 ’
где р — радиус нейтрального слоя
до пружинения;
р0 — то же после пружинения.
Здесь рассмотрен свободный
изгиб без чеканки.
Сопротивление изгибу
М М г, ,
кГ1м^'
Относительная деформация
гиба
из-
S
е~2р‘
Деформация пружинения
ии S S
епР~Е^2р~2^0-
зависимости (по радиусу нейтраль-
Рис. 65. Диаграмма для определения угла пру-
жинений в зависимости от относительной дефор-
мации изгиба
Величина пружинения в данном случае Р = у — у0.
$
По заданному значению е = находят величину у/у0 или ро/р и корректи-
руют угол штампа. Кривая о* дает текущие значения истинного сопротивления
деформации. ""
Экспериментально установлено, что в случае одноугловой гибки на 90° наимень-
шая величина пружинения получается при соотношении г=(1-г 1,5) S. Поэтому
для уменьшения угла пружинения при угловой гибке следует уменьшить радиус
закругления пуансона и усилить чеканку ребра изгиба.
При гибке деталей большого радиуса пружинение достигает значительной вели-
чины. В этом случае пружинение может быть подсчитано по формулам С. К. Абра-
мова.
Радиус закругления гибочного штампа при гибке заготовок прямоугольного
сечения
*0
1 1 Q °s *о
___1__.
1 + з^:
Ео+ ES
величина угла пружинения
у = (180
р
Отсюда видно, что при £ = 2
л
«о + 7=180”,
84
ГИБКА
Рис. 67. Диаграмма для определения радиуса закругления после гибки при
весьма больших радиусах изгиба
УПРУГОЕ ПРУЖИНЕНИЕ ПРИ ГИБКЕ
85
т. е. происходит полное выпрямление изогнутой заготовки. Следовательно, отно-
шение ^=2 является предельным, выше которого изгиба не происходит.
К
Здесь Е — модуль упругости (для стали Е — 2,1 UO4 kIW)',
у — а0 — а — угол пружинения в град (оо — требуемый угол детали после
пружинения; а — угол штампа);
Ro — требуемый радиус закругления (после пружинения);
R — радиус закругления пуансона (штампа).
Рис. 68. Способы компенсации угла пружинения
На рис. 66 приведена диаграмма, построенная по формулам А. Д. Комарова,
для определения угла пружинения у по заданному отношению r(}/S для разных
металлов и сплавов при гибке под углом 90° [195].
Рис. 69. Способы подгибки боковых полок
На рис. 67 приведена диаграмма того же автора для определения отношений
- = - - при весьма больших радиусах изгиба.
г «о
86
ГИБКА
Часто встречающимся случаем гибки является штамповка — гибка резиной
прямолинейных и криволинейных бортов деталей. Для изготовления их точно на
требуемый угол необходимо формблоки поднутрять на величину угла пружинения.
Теория и расчетные таблицы углов пружинения таких деталей из алюминиевых
сплавов приведены в работах [194, 216, 113].
Для приближенных подсчетов угла пружинения у при гибке прямоугольного
борта резиной (при = з) предложена упрощенная формула [113]
\ о /
y = 945^.
Е
Для компенсации угла пружинения при одноугловой гибке угол пуансона
следует уменьшить на величину угла пружинения, а при двухугловой гибке сде-
лать либо поднутрение на пуансоне, равное углу пружинения (рис. 68, а), либо
небольшой радиусный выгиб средней полки (рис. 68, б). В некоторых случаях при-
меняют боковой поджим полок (рис. 68, в) или подчеканку радиусов закруглений
(рис. 68, г). В случае одноугловой гибки с прижимом поднутрение делается на
матрице, а зазор берется равным наименьшей толщине материала.
На рис. 69 показаны два оригинальных способа подгибки боковых полок для
компенсации угла пружинения.
Первый способ (рис. 69, а) основан на применении качающихся полок матрицы /,
поджатых тарельчатыми пружинами 2 и наклоняемых заплечиками пуансона. При
втором способе (рис. 69, б) используются поворотные стержни с калибрующим
вырезом.
15. ИЗГИБ С РАСТЯЖЕНИЕМ
Во многих отраслях промышленности применяются полосовые или профилиро-
ванные детали (рис. 70), изогнутые под весьма большим радиусом (малой кривизны).
Обычной гибкой такие детали получить нельзя, так как при изгибе с большим радиу-
сом деформации поперечного сечения бу-
дут целиком или в значительной мере
упругими, вследствие чего заготовка бу-
дет распружинивать и выпрямляться.
Для изготовления деталей малой кри-
визны применяется изгиб с растяжением
заготовки. При этом растягивающая сила
создает деформации удлинения, по вели-
чине превышающие упругие, благодаря
чему изгиб происходит в области пласти-
ческих (остаточных) деформаций, а де-
таль сохраняет свою форму. Деформации
удлинения, вызванные растяжением заго-
товки, накладываются на разноименные
деформации, получающиеся при изгибе,
и дают измененную схему распределения
деформаций по сечению.
На рис. 71 приведены следующие схе-
мы распределения деформаций по высоте
Рис. 70. Примеры контурной гибки про-
филей
сечения при изгибе с растяжением: схема деформаций удлинения ер при растяжении,
равномерно распределенных по сечению (рис. 71, а)\ схема распределения дефор-
маций удлинения (+) и укорочения (—) от изгиба радиусом R (рис. 71, б); общая
схема распределения деформаций в момент действия приложенных нагрузок
(рис. 71, в), полученная наложением схем, приведенных на рис. 71, а и б; схема, пока-
зывающая уменьшение деформаций в результате снятия упругих деформаций после
прекращения нагрузки (рис. 71, г); окончательная схема распределения остаточных
деформаций удлинения по всему сечению (рис. 71, б}.
ИЗГИБ С РАСТЯЖЕНИЕМ
87
Как видно из рис. 71, д, нейтрального слоя в сечении заготовки нет, так как
все сечение получило удлинение. Нейтральный слой стал фиктивным и переме-
стился наружу на расстояние х от внутренней поверхности изогнутого сечения.
Рис. 71. Схемы распределения деформаций и смещение нейтрального слоя
при изгибе с растяжением (р^ — радиус фиктивного нейтрального слоя)
Из рассмотрения схем распределения деформаций при изгибе с растяжением
можно сделать следующие выводы.
Для того чтобы при малой кривизне изгиба (большом /?) обеспечить пластиче-
скую деформацию по всему сечению, необходимо при растяжении получить удли-
нение
_ , S
еР^ет+^,
где 8Г = 0,002 — величина деформации,
соответствующая пределу теку-
чести.
Допуская ^некоторую приближен-
ность, можно принять
ер^2,5ег^ 0,005.
Следовательно, при изгибе с
растяжением для получения оста-
точных деформаций по всему сечению
достаточно растянуть за-
готовку на 0,5% ее длины. Рис 72- Штамп для гнбки с Р«”яжением-
Однако в этом случае пружинение будет
достигать большого значения, так как упругая деформация по сравнению с остаточ-
ной довольно велика. Поэтому при изгибе профилированного материала обычно при-
меняют значительно большую величину удлинения при растяжении (2—5%), кото-
рая дает большую степень пластической деформации, ббльшую величину наклепа
и меньшую величину упругого пружинения. Это, однако, приводит к значитель-
ному искажению профиля и требует принятия предупредительных мер.
На рис. 72 изображен штамп для гибки плоской заготовки с растяжением.
Устройство и способ действия ясны из чертежа.
На рис. 73 изображена схема изгиба с растяжением на профилегибочных растяж-
ных станках. Заготовка предварительно растягивается до получения удлине-
ния — 1%, в растянутом состоянии изгибается по пуансону, а затем калибруется
дополнительным растяжением.
88
ГИБКА
После изгиба с растяжением пружинение значительно уменьшено, но не исклю-
чено полностью. Величина пружинения после изгиба с растяжением зависит от
величины относительного радиуса изгиба, характера профиля и формы детали.
Рис. 73. Последовательность изгиба с растяжением на профилегибоч-
ном растяжном станке:
/ — растяжение; 2 — нзгнб; 3 —дополнительное растяжение; 4 — раз-
грузка
Так, например, отклонение концевых участков дуралюминовых профилей от кон-
тура пуансона составляет при криволинейных концевых участках 2—5 мм, при
прямолинейных концевых участках — до 10 мм.
16. ИЗГИБАЮЩИЕ МОМЕНТЫ И УСИЛИЯ ГИБКИ
Величина внешнего изгибающего момента при гибке определяется из условия
равновесия его с моментом внутренних сил, а последний слагается из моментов
нормальных напряжений в растягиваемой и сжимаемой зонах.
Для определения моментов внутренних сил необходимо знать распределение
напряжений по поперечному сечению и величину наибольшего напряжения для
данной степени деформации.
В табл. 29 приведены схемы распределения тангенциальных напряжений и фор-
мулы для определения моментов внутренних сил для приближенного подсчета (без
учета смещения нейтрального слоя, утонения и упрочнения материала) и для уточ-
ненного подсчета с учетом этих реальных условий процесса гибки.
Действительные схемы распределения напряжений, построенные методом теории
пластических деформаций с учетом реальных условий гибки, имеют максимум сжи-
мающих напряжений вблизи нейтрального слоя. Это происходит вследствие противо-
положного влияния радиальных сжимающих напряжений на величину тангенциаль-
ных напряжений в сжатой и растянутой зонах сечения, что приводит к разному
характеру деформаций сдвига в этих зонах. В сжатой зоне радиальные напряжения
сжатия противодействуют деформациям сдвига, которые вследствие этого могут быть
осуществлены лишь при большой величине тангенциальных сжимающих напряже-
ний. В растянутой зоне сечения радиальные напряжения, наоборот, способствуют
осуществлению деформаций сдвига, которые происходят при меньшей величине
тангенциальных растягивающих напряжений.
Усилие гибки определяется из равенства внешнего изгибающего момента моменту
внутренних сил. Изгибающие моменты для различных схем гибки следующие:
для одноугловой
М = /=1,8(г + 5);
для полукруглой
М = -^; Z = 2 (г + 1,2 5);
ИЗГИБАЮЩИЕ МОМЕНТЫ И УСИЛИЯ ГИБКИ
89
для двухугловой
2M = Pl; / = г +1,2 5
(где г — радиус гибки в мм; I — плечо в конце гибки в мм).
В табл. 30 приведены формулы усилия гибки для свободного изгиба, для одно-
угловой и двухугловой гибки с прижимом и приближенные формулы для гибки
с калибровкой материала. В последнем случае усилие гибки определяется не столько
процессом изгиба, сколько процессом калибровки, требующим значительного давле-
ния и практически зависящим от регулировки величины хода пресса и от отклоне-
ний материала по толщине.
Таблица 29. Формулы для определения моментов внутренних сил
при гибке
Способ подсчета
Схема напряжений
Момент внутренних сил
в кГ'ММ
Приближенный
М = 1,5Wgs = WnjlGs
Уточненный
М = 1,5№оеп - №Плавп
Обозначения:
W — момент сопротивления (для прямоугольного сечения W = - $-^|;
№пл ~ 1,5 - пластический момент сопротивления для прямоугольного се-
чения;
и 1,8 — коэффициент, характеризующий влияние упрочнения.
Оптимальным плечом для свободного изгиба следует считать
/ = (15 4-20)5,
где I — расстояние между опорами в мм.
Усилие, необходимое для двухугловой гибки, больше усилия одноугловой
гибки заготовки тех же размеров. В данном случае изгиб осуществляется действием
двух изгибающих моментов, что при прочих равных условиях требует удвоенного
усилия. Но и одностороннее усилие при двухугловой гибке больше усилия одно-
угловой (V-образной) гибки, потому что при одной и той же величине изгибающего
момента плечо двухугловой гибки примерно в два раза меньше. Кроме того, к усилию
двухугловой гибки необходимо прибавить усилие прижима, составляющее 0,25—0,3
усилия изгиба. В некоторых случаях целесообразно применять усилие прижима
большей величины (0,5 4- 0,6) Риз.
90
ГИБКА
Таблица 30. Формулы для определения усилий гибки
Способ гибки Схема гибки Усилие гибки в кГ
Одноугловая и полу- n BS2 ,
круглая свободная гибка Р = —р овп — BSoek1
без калибровки
Двухугловая гибка с ж Р = 2BSoek2 -|- РПр
прижимом: _||||||— 2,5BSoek2
без калибровки
с калибровкой Рк^ (3-Ь4) BSoek2
Одноугловая односто- Р = BScek2 -|- РПр
ронняя гибка с прижимом {//// ////// ~ 1 УЪВЪпЛго
(без калибровки)
и
Одноугловая гибка: — _ BS2 г , сав
без калибровки г + 5
с калибровкой ШМж PK = pF
Обозначения:
— усилие прижима в кГ, составляющее (0,25 4- 0,3) Ptl
Рк — усилие калибровки в кГ;
В — ширина полосы (вдоль линии изгиба) в ММ\
1 — расстояние между опорами при свободной гибке в мм\
и = 1,8 — коэффициент, характеризующий влияние упрочнения;
р — давление калибровки (правки) в кГ/мм2 (по табл. 33);
F — площадь калибруемой заготовки (под пуансоном) в мм2\
^ — коэффициент для свободной гибки, находимый по табл. 31;
^2 — коэффициент для двухугловой гибки, приведенный в табл. 32.
ИЗГИБАЮЩИЕ МОМЕНТЫ И УСИЛИЯ ГИБКИ
91
На рис. 74 приведены схемы двухугловой гибки (левой полки). На рис. 74, а
показано начальное положение и эпюра одностороннего изгибающего момента, а на
рис. 74, б — дальнейшая стадия изгиба со схемой сил, действующих на заготовку.
Проектируя силы на вертикальную ось, находим полное усилие двухугловой
гибки с прижимом
Р = 2 (R cos а + pJ? sin а + Q)
В конце гибки а 90°, cos а 0, sin а 1, следовательно, к концу процесса
усилие гибки резко снижается и составляет
Р - 2 (pR + Q),
т. е. состоит из сил трения и усилия прижима, что соответствует характеру кривой
усилия, приведенной на рис. 50, б.
Рис. 74. Схемы двухугловой гибки
Установлено, что в зависимости от геометрических соотношений максимальное
усилие двухуглового изгиба возникает при величине угла а от 45 до 80°. При
дальнейшем увеличении угла а происходит снижение усилия гибки в результате
уменьшения значения cos а и увеличения плеча изгиба (рис. 74, б), вследствие
чего уменьшается величина составляющей R.
В результате исследования установлена более точная величина усилия двух-
угловой гибки (без усилия прижима)
Р = О,ГBS2Ов , cosafcosa + Hsina) =
(rM + rn + S) (1 - sin a) + nS 6 2’
где п — коэффициент увеличения номинального зазора (табл. 34);
k2 - коэффициент (наибольшее значение см. табл. 32).
В табл. 30 приведена формула для определения величины усилия при двух-
угловой гибке с прижимом. Экспериментальная величина коэффициентов для
сталей 08, 10, 20кп, Ст. 3 и других толщиной от 4 до 8 мм в зависимости от со-
отношений rM/S и rn/S приведена в табл. 32.
При несимметричной и криволинейной форме изгиба применяют одноугловую
(одностороннюю) гибку с прижимом, так как простая угловая гибка не обеспечи-
вает точности из-за смещения заготовки. Этот случай приближенно можно рассма-
тривать как половину двухугловой гибки с прижимом. Соответствующее усилие
92
ГИБКА
Таблица 31. Значение коэффициента для свободного изгиба
Материалы Коэффициент в зависимости от отноше- ния 1/S
8 1 10 1 15 20 1 25 I 30
Стали 10—15; латунь, алюминий (мягкий) 0,23 0,18 0,12 0,09 0,073 0,06
Стали 20—25, алюминий наклепанный 0,21 0,17 0,11 0,086 0,070 0,057
Стали 30—40, дуралюмин 0,20 0,16 0,10 0,08 0,065 0,053
Таблица 32. Экспериментальные значения коэффициента для
двухугловой гибки
rM/S Значение коэффициента при rn/S
0.5 | 1 ! 2 | 3 1 1 5
1 0,27 0,21 0,16 0,13 —
2 0,22 0,18 0,14 0,115 0,10
3 0,18 0,15 0,125 0,10 0,08
5 0,14 0,12 0,10 0,09 0,07
Примечание. Применяемые на производстве величины г приведены в
табл. 34.
Таблица 33 Приближенные значения давления правки (калибровки)
р в кГ/мм* (для деталей небольшого размера)
Материал Давление правки при толшине материала в мм
До 1 | | 1-2 2—5 5—10
Алюминий 1-1,5 1,5-2,0 2-3 3-4
Латунь 1,5—2 2—3 3-4 4—6
Стали 10-20 2-3 3—4 4—6 6-8
Стали 25—35 3-4 4-5 5-7 7-10
КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПРИ ГИБКЕ 93
гибки приведено в табл. 30. Величина коэффициентов k2 при прямолинейном изгибе
та же.
Односторонняя гибка с прижимом применяется также в комбинированных
процессах штамповки.
В табл. 31 приведены значения коэффициента kY для свободного изгиба, а в
табл. 32 — значения k2 для двухуглового изгиба. В табл. 33 даны приближенные
значения давления правки (калибровки).
Пример. Определить усилие одноугловой гибки с калибровкой угла из стали
шириной 30 мм и толщиной 3 мм. Длина полок 30 мм.
Давление калибровки (по табл. 33) р = 5 кГ/мм*\ площадь заготовки под
пуансоном F~ 30X60= 1800 мм\ усилие гибки с калибровкой Рк = pF =
= 9000 кГ = $Т
17. КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПРИ ГИБКЕ
К конструктивно-технологическим элементам относятся: зазоры, радиусы
закруглений матриц, глубина рабочей полости и другие элементы рабочих частей
штампа, от правильного выполнения которых зависят нормальный ход гибки и
качество деталей (рис. 75).
Рис. 75. Конструктивные размеры гибочных штампов:
/ — для угловой гибки; II — для гибки скобы с короткими полками: III —
для гибки скоб с длинными полками
В случае гибки небольших деталей радиус закругления матрицы обычно при-
нимают равным гм — (2 -н 3) S. Радиус закругления в углублении матрицы берется
равным R = (0,6 0,8) - (г -|- S).
В табл. 34 приведены радиусы закруглений гибочных матриц, глубина рабочей
полости матриц и коэффициенты для определения зазора.
Зазор между матрицей и пуансоном при двухугловой гибке составляет:
наименьший
^min ^шах’
наибольший
- — S
4гоах max
4- Sn,
где г — односторонний зазор между матрицей и пуансоном в мм;
*^тах — наибольшая толщина материала (с учетом допуска) в мм;
п — коэффициент, находимый по табл. 34.
Радиусы закруглений гибочной матрицы должны быть одинаковыми с обеих
сторон, в противном случае скольжение заготовки будет различным и деталь полу-
чится несимметричной.
94
ГИБКА
Таблица 34. Конструктивные размеры гибочных штампов
Тнп штампа (рнс. 75) Раз- меры Толщина материала в мм
До 1 I 1—2 2-3 3-4 1 4-5 , 5-6 | 6-7 7-8 1 8-10
7, /7, III 1 I и гм h Н т 3 4 20 3 5 7 30 4 7 11 40 5 9 15 45 6 10 18 55 8 11 22 65 10 12 25 70 15 13 28 80 20 15 32—36 90 25
Длина отгибаемой ПОЛКИ в мм Глубина матрицы k (тнп III, рис. 75)
25-50 50-75 75-100 100-150 150-200 15 20 25 30 40 20 25 30 35 45 25 30 35 40 55 25 30 35 40 55 35 40 50 60 35 40 50 65 40 50 65 40 50 65 60 80
Длина отгибаемой полки в мм Коэффициент п (типы // и III, рис. 75)
До 25 25-50 50-100 100-200 0,10 0,15 0,18 0,20 0,08 0,10 0,15 0,18 0,08 0,10 0,15 0,18 0,07 0,08 0,10 0,12 0,07 0,08 0,10 0,12 0,06 0,07 0,09 0,11 0,06 0,07 0,09 0,11 0,05 0,06 0,08 0,10 0,05 0,06 0,08 0,10
Для гибки П-образных деталей с длинными полками (рис. 75, ///) применяют
неглубокие матрицы ввиду небольшой величины рабочего хода большинства криво-
шипных прессов. Это возможно только в том случае, когда к прямолинейности полок
не предъявляется высоких требований, иначе глубина матрицы I должна быть больше
высоты изгибаемой детали L. При этом требуется большая величина рабочего хода
пресса.
При изготовлении штампов для гибки скоб исполнительные размеры матрицы
и пуансона определяют следующим образом.
Если задан наружный размер скобы LH с допуском ± А, матрица делается
размером LM = LH 4- 6Л, а пуансон пригоняется к матрице с соответствующим
зазором; если задан внутренний размер скобы Le с допуском dz А, пуансон делается
размером Ln = Le — 6rt, а матрица пригоняется к пуансону с требуемым зазором.
Здесь и — допуски на изготовление матрицы и пуансона, обычно соответ-
ствующие Д3 и С3 по ГОСТу.
В ряде случаев для уменьшения величины пружинения гибку производят
с небольшим утонением полок, применяя зазор, равный наименьшей толщине
материала.
Малые радиусы закруглений матрицы (меньше табличных) приводят к боль-
шему утонению материала и образованию вмятин и отпечатков.
При гибке скобы с прижимом рекомендуется применять матрицу со скосом и
закруглением углов.
КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПРИ ГИБКЕ
95
На рис. 76 приведены способы гибки некоторых типовых деталей. Гибку угол-
ков с разной длиной полок следует производить, как указано на рис. 76, а (на
рис. 76, б показан нерекомендуемый способ гибки). Детали с очень короткой полкой
[й — (2 4- 3) 3j необходимо гнуть в матрице с упором (рис. 76, в) или по способу
завивки края давлением на торец.
Рис. 76. Способы гибки типовых деталей
Детали Z-образного профиля следует гнуть в одну операцию (рис. 76, г и д).
Для гибки деталей швеллерного профиля, особенно с криволинейной осью или
разной ширины, рекомендуется применять штампы клинового типа (рис. 76, е)
с ходом ползушек, равным (2 4- 3) 3.
Детали коробчатого профиля с фланцами при небольшой толщине материала
(до 3 мм) и достаточно больших радиусах закруглений [г >(2~ 3) 3] можно гнуть
в одну операцию (рис. 76, ж). Однако при этом происходит утонение и удлинение
материала. В случае же большей толщины материала или малых радиусов в углах
гибку следует производить в две операции (рис. 76, з), если допустимы неизбежные
при этом погрешности размеров и формы, или в штампах клинового типа (рис. 76, и).
Детали с криволинейной осью (рис, 76, к) можно гнуть на штампах указанного
типа.
96
ГИБКА
Рис. 77. Основные способы гибки разрезных втулок и трубча-
тых деталей
Рис. 78. Изготовление втулки на штампе последовательного
действия
ИЗГИБ ПРОФИЛЕЙ И ТРУБ
97
На рис. 77 изображены основные способы гибки разрезных втулок и труб-
чатых деталей.
На рис. 77, а показан способ гибки втулок в три операции, применение кото-
рого наиболее целесообразно в случае толстого материала. Эта же последователь-
ность переходов применяется и при штамповке втулок на специальных штампах-
автоматах при обратном положении заготовки (поворот на 180°).
На рис. 77, б — д показаны схемы гибки втулок в одну операцию; б — по спо-
собу завивки по желобу вокруг стержневой оправки; в — клиновым штампом;
г — шарнирным штампом; д — кулачковым штампом. Хомутики гнут в одну опе-
рацию на клиновых штампах.
На рис. 78 приведены этапы изготовления втулки на штампе последователь-
ного действия. Заготовка для втулки надрезается на переходе / и не отделяется от
ленты. Переходы 2, 6 — холостые, переход 3 — правочный. Гибка втулки произво-
дится в три перехода (4, 5 и 7). На последней позиции втулка отрезается от ленты.
Этот способ является высокопроизводительным, может выполняться с автоматиче-
ской подачей ленты и дает втулки точного размера. Применяется он для материала
толщиной до 2 мм.
Втулки из более толстого материала также изготовляют на штампе последо-
вательного действия, но при этом заготовка полностью отрезается от полосы на
первом переходе и передается с позиции на позицию при помощи особого уст-
ройства.
18. ИЗГИБ ПРОФИЛЕЙ И ТРУБ
Весьма распространена гибка профилей и толстолистовых заготовок в кольце-
вую или полукольцевую форму. В этих случаях концы заготовок не получают
изгиба требуемого радиуса, они остаются недогнутыми. Для исправления этого
дефекта места стыка разрезных втулок и обечаек подгибают (калибруют) на оправке,
а кольца из профильных заготовок догибают в штампах (рис. 79, а) на специальных
гидравлических прессах. В некоторых случаях неприлегание стыка используется
для сварки без разделки кромок.
При гибке колец и втулок деформации концов заготовки отличаются от дефор-
маций средней части кольца. При приближении очага деформации к свободному
концу заготовки происходит меньшее удлинение (утяжка) наружных растягивае-
мых слоев заготовки со скосом кромок (рис. 79, 6). Во избежание этого дефекта необ-
ходимо применять заготовку со скошенными концами, увеличивая длину заго-
товки L с наружной стороны изгиба и уменьшая с внутренней (рис. 79, в).
Угол скоса зависит от относительного радиуса изгиба (по данным НИАТ):
Относительный радиус изгиба R/h . 5 10 15 20 25 30 35
Угол скоса кромок ₽ в град . 6 5 4 3 1 1 0
На рис. 80 приведены схемы гибки колец из профильной стали на трехвалковой
гибочной машине. В верхней части рисунка изображена гибка кольца из уголкового
профиля полкой наружу (гибка на полку), в нижней — гибка кольца полкой
внутрь (гибка на ребро). Гибка происходит между приводными роликами / и на-
жимным роликом 2. Снизу профиля показаны опорные ролики и поддерживаю-
щие катки.
Наименьший радиус гибки профилей приведен в табл. 26.
На рис. 81 показана гибка профильного проката на горизонтальных гибочно-
правильных прессах.
В этом случае гибка производится путем многократного нажима гибочного
пуансона и перемещения изгибаемого профиля. Для предотвращения деформации
поперечного сечения профиля пуансон или гибочные щеки, или то и другое вместе
снабжены соответствующими вырезами, в которые при гибке входят полки или
спинка профиля.
4 Романовский Б. П.
98
ГИБКА
at
Рис. 79. Деформация концов при гибке кольцевых за-
готовок
Рис. 80. Гибка колец из профильного проката иа трех-
валковой машине
ИЗГИБ ПРОФИЛЕЙ И ТРУБ
99
Рнс 81 Гибка профилей на горизонтальном
прессе
Гибка труб производится на гибочных приспособлениях между двумя роликами
(рис. 82, а), на специальных трубогибочных машинах с неподвижной оправкой лож-
кообразной формы (рис. 82, б) и
в штампах (рис. 82, виг).
На рис. 82, в изображен штамп
с роликами для гибки труб не-
большого диаметра, а на рис.
82, г — штамп с перемещением ги-
бочных щек по копиру. В послед-
нем типе гибка трубки в кольцо
производится за три приема. Вна-
чале подгибается по радиусу один
конец, потом второй, а затем про-
изводится полный загиб кольца.
В процессе гибки поперечное
сечение трубки сильно деформи-
руется. Толщина стенки с наруж-
ной стороны уменьшается, а с
внутренней — увеличивается. При
гибке с наполнителем или оправкой
сечение трубы остается круглым,
но разностенным. При гибке без
наполнителя сечение трубы сплющивается и приобретает овальную форму. При
гибке тонкостенных труб происходит образование складок с внутренней стороны
колена в результате потери устойчивости.
Рис. 82. Способы гибки труб
Иногда встречаются случаи гибки труб прямоугольного сечения при малой
величине радиуса закругления (рис. 83). Такой изгиб осуществляется при помощи
наполнителя в виде пачки тонких стальных полированных пластин толщиной от
0,2 до 1 мм. Пакет пластин шлифуют по внутреннему размеру трубы, вводят в трубу
4*
100
ГИБКА
при помощи двух затяжных лент и расклинивают клиньями толщиной от 0,5
до 3 мм.
Гибку производят на гидравлических или специальных прессах в матрице
с боковыми щеками — ограничителями. После гибки сначала вытаскивают клинья,
а затем пластинки.
В радиотехнической промышленности применяется оригинальный метод гибки
прямоугольных труб с наименьшим радиусом изгиба 100—125 мм. Для этой цели
применяют как штампы, так и специальные гибочные станки [66].
Процесс гибки происходит вследствие одновременной насечки трех стенок трубы
при неравномерном их утонении (рис. 84). Глубина насечки а — 0,2 ч- 0,3 мм.
I
Рис. 83. Способы гибки труб прямоугольного ссчсния: а - в
штампе с глухой матрицей; б — в штампе с шарнирной матри-
цей
Автоматическое перемещение трубы после каждого обжатия осуществляется
на 0,2—1,0 мм. Верхняя стенка деформируется наиболее глубоко и удлиняется.
Боковые стенки деформируются неодинаково по высоте: сверху деформируются,
как и верхняя стенка, а внизу не деформируется, так же как и нижняя стенка
трубы. В результате боковые стенки удлиняются неравномерно и создают изгиб
трубы по требуемому радиусу, так как глубина насечек регулируется.
На рис. 85 приведена схема действия штампа для гибки труб прямоугольного
сечения. На рис. 85, а показана схема гибки по узкой, а на б — по широкой стороне
трубы.
Внутрь трубы вводится оправка, на которой происходит обжатие стенок трубы
без искажения ее сечения. Таким образом, внутренние поверхности трубы остаются
гладкими. Указанным способом гнут преимущественно трубы из алюминиевых пла-
стичных сплавов.
В тех случаях, когда требуется изготовить крутоизогнутые трубчатые уголь-
ники (колена), штамповку осуществляют из заготовки с косыми срезами за две
операции; гибку и формовку в перпендикулярной плоскости. При гибке происходит
ИЗГИБ ПРОФИЛЕЙ И ТРУБ
101
Рис. 85. Схема действия штампа для гибки прямоугольных груб
Рис. 86. Изготовление проволочных деталей завивкой
Рис. 87. Последовательность
изготовления скрепки завив
кой
102
ГИБКА
сплющивание поперечного сечения в овальную форму. В процессе штамповки в фор-
мовочном ручье штампа овал обжимается в круглую форму. Для облегчения про-
цесса формовки толстостенных колен и устранения наклепа, полученного при гибке,
формовку иногда производят в нагретом состоянии. При штамповке тонкостенных
колен (S = 0,07 -г- 0,097)) гибка колен производится с вкладышами ложкообраз-
ной формы, предотвращающими смятие трубы прн изгибе.
В холодной штамиовке часто приходится встречаться с изготовлением деталей
из проволоки. Эти детали изготовляют или обычной гибкой, или завивкой.
На рис. 86, а изображен геликоидальный штамп для изготовления проволочных
деталей завивкой вокруг пуансона. Заготовка, установленная до упора /, захваты-
вается кольцевым уступом пуансона 3 и вдавливается в отверстие приемника (ма-
трицы) 2. Края заготовки скользят по геликоидальному скосу приемника и посте-
пенно огибают пуансон. Угол подъема рабочего ребра штампа обычно берут рав-
ным 45° Для деталей с малым отношением радиуса изгиба к диаметру проволоки
(г 2d) угол подъема увеличивают до 60°
На рис. 86, б изображены проволочные детали, изготовляемые на штампе
указанного типа.
На рис. 87 приведена последовательность изготовления на штамповочном авто-
мате канцелярской скрепки завивкой трубчатыми пуансонами с геликоидальным
скосом.
Завивка на определенный угол достигается тем, что на соответствующей высоте
трубчатого пуансона сделаны вырезы, освобождающие проволоку от дальнейшей
завивки. Весь процесс изготовления, включая отрезку заготовки, осуществляется
за один ход пресса. Штифты /, 2 и 3, вокруг которых происходит завивка, сделаны
утопающими н в нужный момент автоматически убираются.
ГЛАВА Hl
ВЫТЯЖКА
19 ПРОЦЕСС ВЫТЯЖКИ
Вытяжка представляет собой процесс превращения плоской заготовки в полую
деталь любой формы (или дальнейшее изменение ее размеров) и производится на
вытяжных штампах
На рис 88 приведена схема вытяжки цилиндрической детали из плоской заго-
товки и последовательность перемещения металла в процессе вытяжки. Последнее
характеризуется уменьшением наружного диаметра фланца и перемещением эле-
ментов заготовки (7—5) по мере увеличения глубины вытяжки.
Рис 8- Последовательность перемещения металла в процессе вы-
тяжки
В процессе вытяжки кольцевая часть заготовки (D — d) превращается в цилиндр
диаметром d и высотой h. Так как объем металла при вытяжке не изменяется, то
при полной вытяжке цилиндра высота детали h больше ширины кольцевой части b
и составляет:
где /< = — — степень вытяжки.
а
При К = 2 h = 1,5b Следовательно, вытяжка происходит за счет пластической
деформации, сопровождаемой смещением значительного объема металла в высоту.
При большой степени деформации, что соответствует глубокой вытяжке, и при
небольшой толщине материала смещенный объем является причиной образова-
ния гофров и складок При малой степени деформации и при относительно большой
104
ВЫТЯЖКА
толщине материала складкообразования не происходит, так как в этом случае сме-
щенный объем металла невелик, а заготовка устойчива. Для предотвращения обра-
зования складок при вытяжке применяется прижим заготовки складкодержателем.
Вытяжкой изготовляется большое количество полых деталей самой разнообраз-
ной формы, отличающихся друг от друга как очертанием в плане, так и формой
боковых стенок По геометрической форме все полые детали могут быть разделены
на три группы:
1) осесимметричной формы (тела вращения);
2) коробчатой формы;
3) сложной несимметричной формы.
Каждая из групп подразделяется на несколько разновидностей. Например, тела
вращения по форме образующей могут быть цилиндрическими, коническими, криво-
линейными, ступенчатыми, выпукло-вогну-
тыми. Построение технологического процесса
и технологические расчеты для них раз-
личны.
Установлено, что процесс глубокой вы-
тяжки с прижимом начинается не с пласти-
ческой деформации фланца заготовки, а с
предшествующей ей начальной стадии про-
цесса, заключающейся в местной пластиче-
ской деформации кольцевой незажатой части
заготовки [229].
На рис. 89 приведена последователь-
ность процесса глубокой вытяжки с прижи-
мом заготовки: на схемах / показана началь-
ная стадия процесса вытяжки, характеризуе-
мая локальной пластической деформацией
свободного кольцевого участка а при зажа-
том фланце, сохраняющем свои начальные
размеры = Do Эта стадия вытяжки
осуществляется за счет растяжения и уто-
нения кольцевого участка, причем наиболь-
шее утонение возникает на границе этого
участка с плоским дном.
По мере погружения пуансона тянущее
усилие возрастает, а растяжение и утоне-
ние свободного участка заготовки увеличи-
ваются. К концу этой стадии происходит
пластическая деформация донной части за-
готовки. После достижения равновесия ме-
жду тянущим усилием и сопротивлением фланца деформированию начинается
вторая стадия процесса вытяжки, заключающаяся в пластической деформации
фланца и втягивании его в матрицу (см. схемы //на рис. 89). Таким образом, про-
цесс глубокой вытяжки с прижимом состоит из двух технологически различных
стадий: начальной и завершающей. При вытяжке без прижима с малой степенью
деформации начальная стадия практически отсутствует.
В начальной стадии процесса глубокой вытяжки возникает значительное уто-
нение свободного участка, которое в процессе дальнейшей деформации превращается
в опасное сечение. Деформация и упрочнение кольцевого участка в начальной ста-
дии вытяжки положены в основу способа вытяжки с тройным упрочнением опасного
сечения, путем выполнения первой стадии вытяжки в противоположном направле
нии по отношению к окончательной стадии
Таким образом, кольцевая коническая часть заготовки (рис. 89, /) деформи-
руется и упрочняется трижды: сначала растягивается, затем осаживается на пло-
скость и наконец вновь растягивается. В результате становится возможной более
глубокая вытяжка.
ПРОЦЕСС вытяжки
105
На рис. 90 приведена последовательность развития деформации опасного сече-
ния при глубокой вытяжке [231].
На рис. 90, а показана схема, соответствующая концу начальной стадии
вытяжки, когда вблизи окружности радиуса возникает значительное утонение
свободного участка заготовки.
На рис. 90, б приведен частный случай вытяжки при наличии сухого трения
между пуансоном и заготовкой. В результате трения перемещение максимально
утоненного участка тормозится, он остается на
закруглении и не подвергается дальнейшему
утонению. Опасное сечение возникает на ме
нее утоненном участке, благодаря чему это
сечение является более прочным и позволяет
получить более глубокую вытяжку. Указан-
ное явление подтверждается исследованием
Е. И. Исаченкова [38]. Вытяжку «сухим»
пуансоном следует применять лишь при глу-
бокой вытяжке с коэффициентами, близкими
к предельно допустимым (см. ниже). Этот способ
абсолютно недопустим при вытяжке в штампах
с вытяжными ребрами.
На рис. 90, в приведена схема обычной
вытяжки со смазкой при отсутствии трения
между пуансоном и заготовкой. В этом слу-
чае участок а с максимальным начальным уто-
нением перемещается к верхнему краю закруг-
ления пуансона, подвергается дальнейшему
растяжению и приводит к интенсивному обра
зованию опасного сечения. Наибольшее зна-
чение это имеет при вытяжке с предельно до
пустимыми коэффициентами, а также при вы-
тяжке с отношением S/d 100 > 0,5.
Во второй стадии вытяжки имеет место
сложная пластическая деформация, в про-
цессе которой элемент плоской заготовки I
(рис. 91, а) изменяет свои размеры (удлиняется
в радиальном и укорачивается в тангенциаль-
ном направлении) и занимает положение //,
а затем подвергается изгибу н превращается
в элемент боковой поверхности полого изделия.
Рис. 90. Последовательность раз-
вития деформации опасного сечения
при глубокой вытяжке
Условие пластичности деформируемого фланца, определяющее момент перехода
его в пластичное состояние, выражается уравнением (с учетом знаков напряжений)
ог + О/ = 1, 15о5.
Вначале дня элемента заготовки /, находящегося вблизи наружного края фланца
(рис. 91. а), наибольшей по величине является деформация тангенциального сжа-
тия, средней — деформация удлинения в радиальном направлении, а наимень-
шей — утолщение металла.
В результате деформации тангенциального сжатия при вытяжке тонкого мате-
риала легко возникает потеря устойчивости фланца, благодаря чему на нем обра-
зуются гофры. В толстом материале при тех же размерах заготовки и изделия
возникновение гофров затруднено благодаря большей устойчивости фланца заго-
товки.
При перемещении элемента к вытяжному ребру матрицы наибольшей становится
деформация радиального удлинения, так как тангенциальное сжатие постепенно
уменьшается. При переходе элемента через вытяжное ребро матрицы эта деформа-
ция элемента усложняется появлением дополнительной деформации пространствен-
ного изгиба. После этого элемент заготовки переходит в кр и вол и ней но-вертикаль-
106
ВЦТЯЖКА
ную стенку и претерпевает небольшое осевое удлинение вдоль образующей при
утонении материала. Дно изделия подвергается небольшому плоскому удлинению
(1—3%) и утонению (2—5%), которыми в большинстве случаев практически можно
пренебречь.
Произведенные опыты показывают, что деформация цилиндрических стенок
в зазоре и у донного закругления продолжается на протяжении всего рабочего хода
и сопровождается непрерывным уменьшением толщины материала.
На рнс. 91, б приведена схема образования гофров (волн) по краю вытягивае-
мого фланца.
7777777^7777777777777777777777777/^
Gt^ j
а
Рис. 91. Деформация элемента фланца (а) и схема образования гофров (б)
при вытяжке
Под действием напряжений тангенциального сжатия происходит потеря устой-
чивости фланца заготовки и образование волнообразного гофра (этап /). В резуль-
тате ударного приложения нагрузки к заготовке возникший гофр упруго деформи-
рует складкодержатель и его крепление и увеличивает зазор между ним и матрицей.
Дальнейшее действие тангенциального сжатия усиливается вследствие непрерыв-
ного уменьшения наружного диаметра заготовки при вытяжке. Это приводит к сплю-
щиванию гофрированной волны (этап 2), а затем к потере устойчивости плоской
части гофра, которая прогибается в обратную сторону (этап 3). В результате обра-
зуется более мелкий гофр, в котором вместо одной возникли три волны (этап 4).
Процесс гофрообразования продолжается скачкообразно и дальше до тех пор,
пока не образуется вполне устойчивый мелкий гофр. В зависимости от различной
степени устойчивости фланца заготовки, характеризуемой отношением S/Z), а также
, „ D
от различной степени деформации д = — первоначально возникает различное
количество волн по окружности. При достаточно большой относительной толщине
заготовки гофрирования не происходит, так как фланец не теряет устойчивости
в процессе вытяжки.
Наиболее опасным местом детали является зона перехода от дна к стенкам
вследствие возникшего здесь в начальной стадии вытяжки значительного утонения
материала и большой величины растягивающих напряжений.
ПРОЦЕСС ВЫТЯЖКИ
107
При большой степени деформации или в случае образования складок на заго-
товке растягивающие напряжения в опасном сечении превышают его прочность и
приводят к отрыву дна. Условие прочности опасного сечения определяет возмож-
ную степень деформации при вытяжке и выражается зависимостью
атах < °Р = <М1 +
для сталей 08—10 атах 1,2<уе; для стали 1Х18Н9 огпах 1,4ов.
Здесь оп1ах — максимальная величина напряжения в опасном сечении;
gp — истинное сопротивление разрыву.
Основное направление рационального построения или улучшения процесса
вытяжки заключается в создании наиболее благоприятных условий деформирова-
ния металла с целью снижения растягивающих напряжений в опасном сечении:
1) уменьшении напряжений в начальной стадии вытяжки;
2) уменьшении сопротивления плоского фланца деформированию;
3) повышении прочности металла в опасном сечении;
4) снижении тангенциальных напряжений сжатия в деформируемом фланце
или повышении его устойчивости с целью предотвращения образования складок.
В результате выполнения указанных условий достигают увеличения глубины
вытяжки за одну операцию, уменьшения количества операций, улучшения про-
цесса вытяжки деталей сложной формы.
Необходимо указать, что при разных способах вытяжки не все из указанных
выше условий будут одинаково благоприятны.
В технологическом отношении способы вытяжки необходимо различать глав-
ным образом по виду напряженного состояния деформируемой части заготовки.
Геометрическая форма детали является в этом отношении вторичным признаком.
Следует различать три основных способа вытяжки.
1. Вытяжка полых деталей путем превращения плоского фланца в цилиндриче-
скую или коробчатую форму, при создании во фланце плоского напряженного состоя-
ния по схеме сжатие — растяжение (рис. 91). Сюда относится вытяжка цилиндри-
ческих, овальных, коробчатых и других деталей с вертикальными или слегка на-
клонными стенками.
2. Вытяжка сферических, криволинейных деталей и деталей сложной формы
в штампах с вытяжными (тормозными) ребрами. В этом случае под прижимом пре-
обладают растягивающие напряжения и деформации, а в остальной деформируемой
части заготовки возникает напряженное состояние двустороннего растяжения.
3. Вытяжка эластичной матрицей и фрикционная вытяжка, создающие затал-
кивание заготовки, в результате чего резко снижаются растягивающие напряжения
в очаге деформации и облегчается процесс вытяжки.
В первом способе вытяжки наиболее благоприятные условия деформирования
заключаются в максимально возможном уменьшении сопротивления плоского
фланца деформированию. Это достигается путем применения металла пониженной
прочности, отжигом заготовки, нагревом фланца, вытяжкой без прижима, эффек-
тивной смазкой. В результате снижается величина растягивающих напряжений
Я опасном сечении, улучшается условие прочности этого сечения н становится воз-
можной более глубокая вытяжка.
Во втором способе вытяжки в штампах с вытяжными ребрами значительная
часть заготовки сначала находится вне контакта с рабочими частями штампа, на
ней легко образуются гофры и морщины. Для их предотвращения приходится созда-
вать повышенные радиальные растягивающие напряжения и искусственно увели-
чивать сопротивление деформируемого металла путем перетягивания его через
вытяжные (тормозные) ребра. При этом значительно возрастают растягивающие
напряжения в опасном сечении и ухудшается условие его прочности. Для того чтобы
в данном случае создать благоприятные условия деформирования и избежать раз-
рыва, надо обеспечить условие прочности опасного сечения. Это возможно лишь
при применении металла повышенной прочности и упрочняемости при достаточно
высокой пластичности (вязкости).
108
ВЫТЯЖКА
Автором исследован и предложен способ вытяжки из закаленных и отпущен-
ных тонколистовых заготовок малоуглеродистой стали, давший положительные
результаты [105]. Отжиг или нагрев заготовок с целью увеличения пластичности
в данном случае недопустим, так как приводит к понижению их прочности и прежде-
временному разрыву.
Третий способ вытяжки обладает наиболее благоприятными условиями дефор-
мирования, потому что в этом случае прочность опасного сечения позволяет полу-
чить значительную степень деформации (см. ниже, гл. III).
Следовательно, для рассмотренных способов вытяжки необходимо выбирать
металл с различными механическими свойствами или
в различном состоянии: в первом способе вытяжки — повышенной
Рис. 92. Схемы напряжений и деформаций при вытяжке (о — напряже-
ния, б — деформации; индексы у о и Е означают: г — радиальные;
t — тангенциальные; s — осевые)
пластичности при пониженной прочности (стали 08—10 в отожженном или норма-
лизованном состоянии с дрессировкой); во втором способе вытяжки — повышенной
прочности при достаточно высокой пластичности и вязкости (стали 08—10 после спе-
циальной обработки, нержавеющая сталь 1Х18Н9Т); в третьем способе применим
металл без повышенных механических свойств.
На рис. 92 приведены схемы напряженно-деформированного состояния в разных
участках изделия при обычной вытяжке с прижимом (складкодержателем).
Для наглядного представления о характере деформации и возможности опре-
деления ее величины на отдельных участках применяют метод нанесения на заго-
товку прямоугольной или радиально-кольцевой координатной сетки, а затем изу-
чают ее искажение при вытяжке. Измерения искаженной сетки показывают, что
в первой операции вытяжки величина деформаций тангенциального сжатия превос-
ходит величину деформаций радиального растяжения.
На рис. 93 приведено изменение толщины стенок при вытяжке деталей различ-
ной формы.
В случае вытяжки цилиндрических деталей без фланца наибольшее утонение
составляет 10—18%, а утолщение у края 20—30% от толщины материала.
Толщина материала в месте перехода от дна к стенкам уменьшается с увеличе-
нием степени деформации, относительной толщины заготовки S/D, пластичности
металла, количества операций вытяжки и с уменьшением радиусов закругления
пуансона и матрицы.
ПРОЦЕСС ВЫТЯЖКИ
109
Приблизительная толщина края определяется из следующих зависимостей:
для деталей без фланца
для деталей с фланцем
S’~SV Ъ~ф>
где S', S — толщина края детали и заготовки в мм\
D, d, Оф — диаметр заготовки, вытяжки и фланца в мм.
На рис. 94 приведены результаты детального исследования изменения толщины
материала при постепенном увеличении глубины вытяжки 1268]
7654321234567
II1 ।--I'l’ I II I г I I Т
8 6 4 212 4 6 3
8 6 4321234 68
Рис 93. Изменение толщины стенок при вытяжке дета
лей различной формы
На рис. 94, а показано изменение относительной толщины металла в различ-
ных местах (начальных радиусах) заготовки при последовательно увеличивающейся
глубине вытяжки цилиндрической детали с фланцем. Вытяжка производилась из
стальных заготовок диаметром 195 мм толщиной 1 мм пуансоном с плоским дном
диаметром 100 мм без смазки. Из рисунка видно, как постепенно развивается зна-
чительное утонение металла в месте перехода от донного закругления к стенкам
детали, вплоть до разрыва. Утолщение в верхней части вытянутой детали не дости-
гает 10% толщины заготовки.
На рис. 94, б показана последовательность изменения толщины материала при
вытяжке цилиндрической детали с фланцем из стальных заготовок диаметром 210 мм,
но при полусферической форме пуансона диаметром 100 мм и также без смазки.
Характерно, что вначале наибольшее утонение возникает ближе к средней части
сферы (кривая /), затем оно постепенно смещается к верхней части сферы (кривая 4),
однако разрыв происходит ближе к верхнему закруглению детали (кривая 5).
110
ЁЫТЯЖКА
Утолщение фланца также растет по мере увеличения глубины вытяжки, но не так
интенсивно, как при вытяжке деталей без фланца.
На рис. 94, в показано изменение толщины материала для тон же полусфери-
ческой вытяжки, что и в случае, приведенном на рис. 94, б, но с двусторонней смаз-
кой заготовки. Как видно из сопоставления рис. 94, б и в, смазка заготовки значи-
Начальный радиус /? на заготовке мм
Рис. 94. Изменение толщины ме-
талла при постепенном увеличении
глубины вытяжки
тельно изменила процесс вытяжки, облегчив скольжение металла по пуансону.
В результате получена более глубокая вытяжка за счет большего утонения мате-
риала.
Наибольшее утонение и разрыв материала возникают не в вершине, а в сред-
ней части сферы. Утолщение фланца незначительно.
Более показательно исследование изменения координатной сетки в логарифми
ческих деформациях Ч
1 Логарифмическими деформациями принято называть деформации, величина которых
выражена в логарифмической форме. Их преимущество перед относительными деформациями
в том, что оии обладают свойством аддитивности.
ПРОЦЕСС вытяжки
111
Удлинение в радиальном направлении
е- = In —
'о
где г0 — начальный радиус сетки на заготовке;
г — конечный радиус той же сетки после вытяжки.
Сжатие (укорочение) в тангенциальном направлении
Б/ = In = — In —,
d$ а
где d0 и d — начальный и конечный диаметры сетки.
Изменение толщины материала
, S
Б5 = 1П .
°0
При этом вследствие постоянства объема металла существуют зависимости
(с учетом знаков деформаций)
бг — ± е5 = 0
или
г d S
ro d0 so
На рис. 95 приведены кривые изменения величины логарифмических деформа-
ций (ег, 6/ и е5) в разных точках вытянутого цилиндрического изделия 1254]. Эти
кривые показывают, что на участке
донного закругления и несколько
выше, где происходит утонение ма-
териала, деформации радиального
удлинения превышают деформации
тангенциального сжатия. На участ-
ке, где происходит утолщение ма-
териала, деформации тангенциаль-
ного сжатия (укорочения) превы-
шают по величине деформации ра-
диального удлинения.
Как видно из рис. 95, дефор-
мация при вытяжке в действитель-
ности является объемной, а не
плоской, как зачастую принимает-
ся для упрощения математических
выводов при анализе процесса вы-
тяжки. Пренебрегая изменением
толщины материала при вытяжке, Рис 95 ДефОрмации
при цилиндрической вы-
допускаем значительную погреш- тяжке
ность в определении истинной ве-
личины деформаций (до 20—25%).
В табл. 35 приведены основные, наиболее распространенные способы вытяжки
и показана область их применения. Указанные способы применяются как при
вытяжке из штучных заготовок, так и в ленте для изготовления полых деталей
различной формы: цилиндрической, конической, сферической, прямоугольной и
сложной.
В табл. 36 приведены специальные (особые) способы вытяжки, более подробное
описание которых дается ниже.
Таблица 35. Основные способы вытяжки
Способ вытяжки Схема вытяжки Обозначения Область применения
Вытяжка без при- жима заготовки 3 60°^ 1 — вытяжной пуан- сон 2—вытяжная матри- ца 3 — заготовка Неглубокая вытяжка из тонкого материала и глубокая — при сравни- тельно большой толщине материала. Для 1-й вытяжки при S ==(0,01 -4-0,03) D и dx = (0,60 4- 0,80) D. Для 2-й вытяжки при S = (0,01 4- 0,03) D и d2 = (0,78 4- 0,90) dx. Большей величине S соответствует меньшее значение
f-я вь/тямска 2я и последующие вытяжки
Вытяжка с прижи- мом заготовки 2 ч п ~Ldr f 1 й 1 — вытяжной пуан- сон 2 — прижим (складко- держатель) 3 — вытяжная матри- ца Глубокая вытяжка из сравнительно тонкого материала. Для 1-й вытяжки при S = (0,001 4- 0,020) D и dx = (0,45 4- 0,6) D. Для 2-й вытяжки при S = (0,001 4- 0,02) D и
; я бо/тяжяо 2-я и последующие втяжки d2 — (0,70 4- 0,8) dx. Примечание. Для прессов простого действия применяется обрат- ное расположение рабочих частей штампа
Обратная вытяжка (с выворачиванием) гГГЪ а I1 J±) Г 1 — вытяжной пуан- сон 2 — пуансон-матрица 3 — вытяжная матри- ца 4 — выталкиватель Сдвоенная вытяжка, а также вы- тяжка двустенных полых деталей
1 1 । 1
ВЫТЯЖКА
Вырубка и вытяж-
ка комбинированными
штампами
1 — вытяжной пуан- Изготовление полых деталей не-
сон больших и средних размеров на прес-
2 — вырубная матрица сах простого и двойного действия
3—вытяжная матри-
ца
4 — вырубной пуан-
сон
5 — пуансон-матрица
6 — прижим
7 — выбрасыватель
Многопозиционная
вытяжка в ленте
1 — вырубной пуан-
сон
2 — вытяжные пуан-
соны
3 — матрица
4 — выталкиватель
5 — прижим
Изготовление небольших деталей
(d < 100 мм) типа колпачков, кры-
шек, пустотелых заклепок и т. п.
В случае глубоких вытяжек приме-
няется надрезка ленты, а в случае
мелких — штамповка в целой ленте
ПРОЦЕСС вытяжки
Вытяжка с утоне-
нием (протяжка)
1 — протяжной пуан-
сон
2 — протяжное кольцо
(матрица)
3 — фиксатор
Изготовление весьма глубоких изде-
лий (гильз, сильфонов, стаканов
и т. п.) с неодинаковой толщиной сте-
нок и дна
S = (0,2 ч- 0,05) So.
Рекомендуется применение одновре-
менной вытяжки через несколько
матриц
Способ вытяжки
Вытяжка резиновым
пуансоном
2
Таблица 36. Особые способы вытяжки
Схема вытяжки
3
Обозначения
Область применения
1 — матрица
2—резиновый пуан-
сон
3 — обойма
Серийное и мелкосерийное произ-
водство полых деталей из тонкого пла-
стичного металла (алюминий, алюми-
ниевые сплавы, нержавеющая сталь)
толщиной до 1 — 1,5 мм
''///////>:/Лт7
Вытяжка резиновой матрицей а) '/'"У//////А . 1 — пуансон 2 — резиновая матри- ца а — неглубокая вытяжка алюминие- вых и дуралюминовых деталей в мелко- гепийном ппоиаволстве ппи давлении
и
''Г5г^<<Х Cbj 3 — обойма Ut» М ГА * 1 П 4/1VJ 11 L/ Ч/ ГА 1 OxJ 11 Ы ГА Dv AK^Il ГА Г А резины 70—85 кГ1см2\
mwwx'J 4 — прижим б — при высоком давлении резины
fly/: zj 5 — буферные штифты (до 700 кГ1см?) глубокая вытяжка из
WIL els 'ъ. любого материала
—-5
Гидравлическая и резино-гидравлическая вытяжки 4 ,777^^ '^/7/'//fr •2 / if 1 — пуансон 2 — обойма 3—-резиновая диа- фрагма 4 __ резиновый чехол 5 — жидкость Серийное и мелкосерийное произ- водство полых деталей сложной формы из тонкого листового металла (алю- миний, алюминиевые сплавы, нержа- веющая сталь) а — штамповка на гидравлическом прессе; б — штамповка без пресса
ВЫТЯЖКА
Вытяжка—формовка
на падающих молотах
(литыми штампами)
1 — верхний штамп
(пуансон)
2 — фанерные кольца
J — нижний штамп
Серийное и мелкосерийное произ-
водство крупных полых деталей слож-
ной конфигурации из алюминия и
его сплавов толщиной до 3—4 мм и
мягкой стали толщиной до 1,5—2 мм
Вытяжка свинцовой
матрицей
1 — матрица
2 — свинцовая подуш-
ка
3 — контейнер
Серийное и мелкосерийное произ-
водство небольших деталей кониче-
ской, полусферической и криволиней-
ной формы
ПРОЦЕСС вытяжки
Вытяжка — обтяжка
на гидравлических
прессах
1 — обтяжной шаблон
2 — зажимы
3 — плунжер пресса
Вытяжка — формовка путем обтяжки
тонкого листового материала (алюми-
ний, дуралюмин, магниевые сплавы,
нержавеющая сталь, углеродистая
сталь) по металлическим или деревян-
ным пуансонам (шаблонам) в мелко-
серийном производстве при изготов-
лении крупных деталей несложной
конфигурации
Продолжение табл. 36
Способ вытяжки Схема вытяжки Обозначения Область применения
Вытяжка — формов- ка давлением взрыва 1 — контейнер 2 — заряд ВВ 3 — заготовка 4 — штамп (форма) Вытяжка — формовка крупногаба- ритных деталей типа днищ, полусфер, оболочек и т. п., изготовляемых ма- лыми сериями. Весьма эффективна штамповка труднодеформируемых вы- сокопрочных сплавов
Е 1 2 ,3 Л
—
у
3
' Z/ <^771
Вытяжка — формов- ка электрогидравличе- ским разрядом / 2 п 3 ч 1 — обойма 2 — форма 3 — электроды 4 — заготовка 5 — подставка Формовка оболочек, трубчатцх и рельефных деталей в мелкосерийном производстве
В' V
5 з'
Магнитно-импуль- сная формовка 1 — форма 2 — заготовка 3 — индуктор (соле- ноид) 4 — изделие Формовка неглубоких деталей, об- жимка и раздача трубчатых загото- вок и т. п.
— ^3 4
7//////Z7
ВЫТЯЖКА
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ И ФОРМ ЗАГОТОВОК ПРИ ВЫТЯЖКЕ
11?
20. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ И ФОРМ ЗАГОТОВОК
ПРИ ВЫТЯЖКЕ
Так как в процессе пластической деформации объем металла остается постоянным,
го основным правилом для определения размеров заготовок при вытяжке является
равенство объемов заготовки и готовой детали.
При вытяжке без утонения стенок изменением толщины материала обычно пре-
небрегают и определение размеров заготовки производят по равенству площади
поверхности заготовки и готовой детали, с припуском на обрезку.
При вытяжке с утонением стенок (протяжке) определение размеров заготовки
производится по равенству объемов заготовки и изделия.
На практике встречаются следующие случаи вытяжки деталей различной кон-
фигурации, требующие разных способов подсчета размеров заготовки:
1) вытяжка круглых деталей (являющихся телами вращения) простой формы;
2) вытяжка круглых деталей сложной формы;
3) вытяжка прямоугольных коробчатых деталей;
4) вытяжка деталей сложной и несимметричной конфигурации;
5) вытяжка с утонением материала.
Размеры заготовок для вытяжки круглых детален
(являющихся телами вращения) простой формы
Рассматриваемый случай относится к вытяжке без утонения материала; следо-
вательно, определение размеров заготовок производится по равенству площадей
поверхности заготовки и готовой детали (с припуском на обрезку).
Для данного случая вытяжки заготовка имеет форму круга, диаметр которого
(в мм) находится по формуле
d= 1,1з Vf = 1,1з Ks?,
где F — площадь поверхности готовой детали в мм2;
2/ — сумма площадей отдельных элементов поверхности детали в мм2.
В табл. 37 приведены формулы для определения поверхностей простой геометри-
ческой формы.
Вместо вычисления диаметра заготовки путем разбивки поверхности детали на
отдельные элементы диаметры заготовок для наиболее распространенных форм вытя-
гиваемых деталей определяются по формулам, приведенным в табл. 38.
В большинстве случаев вытяжка производится с последующей обрезкой неров-
ного края илн фланца детали, для чего при подсчетах размеров заготовки необходимо
предусматривать соответствующий припуск на обрезку. Приведенные в табл. 38
формулы не содержат отдельного припуска, поэтому при пользовании указанными
формулами в случае вытяжки с последующей обрезкой к номинальным размерам по
высоте или радиусу фланца готовой детали необходимо прибавить величину при-
пуска на обрезку и применить это значение в расчетах.
Приведенные в табл. 38 формулы не отражают технологических особенностей
вытяжки и в частности фактического утонения металла. При вытяжке как в началь-
ной, так и конечной стадии (см. рис. 90) в результате утонения материала происхо-
дит увеличение поверхности заготовки, которое не учитывается расчетными форму-
лами и несколько завышает полученный расчетом диаметр заготовки:
Dd = 1,13/^= 1,13 /гД; Dd = DpjApt
где Df) и Dp — действительный и расчетный диаметры заготовки:
F() и Fjj — действительная и расчетная площади поверхности вытянутой детали;
ft
р=------коэффициент увеличения поверхности.
tp
В табл. 39 приведены средние опытные значения коэффициентов увеличения
поверхности заготовки при вытяжке стали 10.
118
ВЫТЯЖКА
Таблица 37. Формулы для определения площади поверхности простых
геометрических форм
№ п/п Форма поверхности Эскиз Площадь поверхности F
1 Круг а Г- 1 Sid2 ~4~
2 Кольцо d2
3 Цилиндр У d sidh
4 Конус С? d rcdl 2
5 Усеченный конус Аг ЧзР ~2 (^2 + ^1)
6 Полушарие чО nd2 2
7 Шаровой сегмент -с ч л /га - Э sidh
8 Шаровой пояс ^5 1 sidh
2Ь —
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ И ФОРМ ЗАГОТОВОК ПРИ ВЫТЯЖКЕ 119
Помимо этого, большинство расчетных формул упрощают геометрическую форму
и не учитывают закругления в углах детали. Естественно, что формулы, не учиты-
вающие радиусов закруглений и растяжения металла в углах (1—4, 13—16 и др.),
также дают несколько завышенные размеры заготовок, поэтому при пользовании
такими формулами припуск на обрезку можно не учитывать или можно уменьшить
его величину.
Так как не учитываемые в расчетах «резервные» коэффициенты увеличения
поверхности деталей примерно равны коэффициентам влияния анизотропии (1,03—
1,05), то расчетные формулы табл. 38 вполне пригодны для вытяжки реального ани-
зотропного металла (даже не учитывая припуска на обрезку). Поэтому предложение
ввести к указанным расчетным формулам поправочные анизотропные коэффициенты,
еще более увеличивающие расчетный диаметр заготовки, является ошибочным и
недопустимым, так как приведет к излишнему расходу металла и затруднит процесс
вытяжки.
Многолетний опыт практического применения расчетных формул с припуском
на обрезку показывает, что они дают отклонение в сторону увеличения размеров
заготовки против минимально необходимых.
120
ВЫТЯЖКА
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ И ФОРМ ЗАГОТОВОК ПРИ ВЫТЯЖКЕ
121
122
ВЫТЯЖКА
Продолжение табл. 38
№ п/п Форма детали Диаметр заготовки D
13 обг _ ш' ^3 d2 V Vdt + 2l(d1 + di)
14 Vd!,+2I (rf, + d2) + di - ds
15 ad2r *" -с W V di + 2/ (dt + d2) + 4d2h
16 а V2di
17 а dV2= l,4d
42
18 V di + di
4^' 3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ И ФОРМ ЗАГОТОВОК ПРИ ВЫТЯЖКЕ
123
124
ВЫТЯЖКА
Продолжение табл. 38
№ п/п Форма детали Диаметр заготовки D
25 Д Д э, I Vdl + 4 (Щ + d^}
Примечания: I. В расчетные размеры по высоте или по диаметру фланца должны входить при- пуски и а обрезку (табл. 40 и 41). 2. Формулы, отмеченные звездочкой, выведены автором для полной высоты детали Н.
Для вытяжек, не требующих большой точности определения диаметра заго-
товки, подсчет производится по наружным размерам детали. Получаемая при этом
погрешность несколько увеличивает размер припуска на обрезку, который поэтому
может быть взят меньшей величины.
Таблица 39. Увеличение поверхности заготовок при вытяжке
Способ вытяжки Наибольшее утонение Коэффициент увеличения поверхности 0
при т = 0,6 при т = 0,48
Цилиндрическая вытяжка без при- жима (S/D • 100 > 2) 0 0,98 (уменьш.) 1,0
Цилиндрическая вытяжка с при- жимом (S/D -100<2) 10-15 1,01 1,03
Цилиндрическая вытяжка с широ- ким фланцем 15-20 1,02 1,05
Полусферическая вытяжка с флан- цем 25—30 1,04 1,08
Многооперационная вытяжка дета- лей сложной формы — 1,03 1,06
Примечания:
I. Приведенные данные относятся к вытяжке с обычной смазкой.
2. При малых величинах гм коэффициент 0 несколько увеличивается.
3. Для алюминия и отожженной стали коэффициент 0 увеличивается.
В случае более точной вытяжки (без обрезки), а также при вытяжке небольших
деталей или деталей из материала толщиной свыше 1 мм подсчеты следует произво-
дить по средней линии, принимая расчетный диаметр вытягиваемой детали
d ^нар *$•
где dHap — наружный диаметр детали.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ И ФОРМ ЗАГОТОВОК ПРИ ВЫТЯЖКЕ
125
Процесс реальной выгяжки сопровождается рядом погрешностей, не учитывае-
мых расчетными геометрическими формулами: неравномерность толщины проката,
анизотропия механических свойств, неравномерность зазора и слоя смазки, неравно-
мерность прижима заготовки. В результате этого в подавляющем большинстве
случаев вытянутая деталь получается с неровным краем, подвергаемым последую-
щей обрезке (см. табл. 19), для чего предусматривается специальный припуск.
Таблица 40. Припуски по высоте на обрезку цилиндрических деталей без
фланца (в мм)
Полная высота детали в мм Величина припуска при относительной высоте детали hid
0.5-0.8 05-1.6 1,6—2.5 2,5-4
10 L0 1,2 1,5 2
20 1,2 1,6 2 2,5
50 2 2,5 3,3 4
100 3 3,8 5 6
150 4 5 6,5 8
200 5 6,3 8 10
250 6 7,5 9 11
300 7 8,5 10 12
В табл. 40 приведены рекомендуемые величины припусков на обрезку в зави-
симости от абсолютной и относительной высоты деталей без фланца, а в табл. 41 —
припуски деталей с большим фланцем.
Таблица 41. Припуски на обрезку деталей с широким фланцем (в мм)
Диаметр фланца d, в мм Ф Величина припуска на сторону при относительном диаметре фланца У"
До 1.5 i 1,5-2 [ 2-2.5 2.5-2,8
25 1,6 1,4 1,2 1,0
50 2,5 2,0 1,8 1,6
100 3,5 з,о 2,5 2,2
150 4,3 3,6 3,0 2,5
200 5,0 4,2 3,5 2.7
250 5,5 4,6 3.8 2,8
3(0 6 5 4 3
Неучитываемое увеличение поверхности детали при вытяжке вследствие растя-
жения материала несколько увеличивает фактическую величину припуска на об-
резку.
Размеры заготовок для вытяжки круглых деталей сложной формы
В данном случае определение диаметра заготовки производится на основании
правила Гюльдена-Паппуша, по которому площадь поверхности тела
вращения, образованного кривой произвольной формы при вращении ее
126
ВЫТЯЖКА
вокруг оси, находящейся в той же плоскости, равна произведению
длины образующей на путь ее центра тяжести (длины ок-
ружности, описанной центром тяжести образующей)
F 2nRs L,
где F — площадь поверхности тела вращения в мм2;
L — длина образующей, равная + /2 + ... + /Л в мм;
Rs — расстояние от оси до центра тяжести образующей в мм.
Диаметр заготовки находится по формуле
D = y&LR~s = >/8Г/7,
где LRX = 21г (г— расстояние до центра тяжести элементов образующей).
Применяются два способа определения длины образующей и положения ее цен-
тра тяжести: графический и графо аналитический. Первый способ дает приближен-
ные, а второй — более точные ре-
Рис. 96. Графический способ нахождения разме-
ров заготовки деталей сложной формы
зультаты.
Графический способ нахожде-
ния центра тяжести образующей
приведен на рис. 96.
Образующая разбивается на
отдельные отрезки (прямые или
закругленные), для которых гра-
фически находят центр тяжести от-
резка и проводят линии, парал-
лельные оси.
Сбоку чертежа строят много-
угольник сил, откладывая длину
отрезков (рис. 96, справа) и про-
водя лучи из произвольно взятого
центра О. Затем строят веревочный
многоугольник, проводя прямые,
параллельные лучам (6' || 6; 7' || 7;
8' || 8 и т. д.)_ Пересечение край-
них лучей 6' и 1Г дает положе-
ние центра тяжести S и величи-
ну Rs-
Диаметр заготовки находят
или по приведенной выше формуле,
или графически (рис. 96, справа)
исходя из зависимости
R2 = 2RS L,
где R — радиус заготовки, находимый по длине перпендикуляра в точке В (рис. 96)
до пересечения с полуокружностью, построенной на диаметре, равном
L + 2RS.
Приведем графе-аналитический способ определения размеров заготовки для
деталей сложной формы.
1. Линию контура детали (по средней линии) разбивают на отдельные участки,
преимущественно на прямые отрезки и части окружности. Криволинейные участки
разбивают на небольшие отрезки, близкие к прямой.
2. Центр тяжести каждого участка отмечают точкой. Для прямых отрезков
центр тяжести расположен посередине. Для частей окружности (рис. 97) положение
центра тяжести находится по табл. 42.
Радиус центра тяжести дуги составляет:
для выпуклых закруглений
г = В + Л,
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ И ФОРМ ЗАГОТОВОК ПРИ ВЫТЯЖКЕ
127
Таблица 42. Положение центра тяжести отрезка дуги
Центральный угол дуги а в град Расстояние А до вертикальной оси yv Расстояние от центра тяжести дуги до центра закругления х
для углов, примы- кающих к вертикали (рис. 97, а) для углов, примы- кающих к горизон- тали (рис. 97. б)
30 0,256/? 0,955/? 0,988/?
45 0,373/? 0,901/? 0,978/?
60 0,478/? 0,827/? 0,955/?
90 0,637/? 0,637/? 0,90/?
для вогнутых закруглений
г= В — Д,
где В — расстояние от оси до центра закругления (рис. 97).
3. Определяют длину участков образующей: для прямых участков — по чер-
тежу, а для дуг — как для части длины окружности или по таблицам [39].
б)
А У
Рис. 97. Положение
центра тяжести от-
резка дуги
4. Перемножают длину участков I и радиусы центров тяжести г, суммируют и
находят
2 1г = /i i\ + 4 Г2 + ••• + ln гп-
5. По величине суммы находят в табл. 43 искомый диаметр заготовки. Эта таб-
лица подсчитана по формуле: D = } 8tlr.
Пример. Рассчитать диаметр заготовки для детали, приведенной на рис. 98.
Линию контура разбиваем на отдельные участки, вычисляем или берем по
чертежу длины этих участков /х, /2, ... , /12> находим центры тяжести отрезков и
128
ВЫТЯЖКА
Таблица 43. Определение диаметра заготовки по величине SZr
D в мм 2 1г D в мм 2 1г D в мм 2 1г D в мм 2 Z/
20 50 60 450 100 1 250 140 2 450
21 55 61 465 101 1275 141 2 485
22 60,5 62 480,5 102 1 300 142 2 520
23 66 63 496 103 1 326 143 2 556
24 72 64 512 104 1352 144 2 592
25 78 65 528 105 1 378 145 2 628
26 84,5 66 544,5 106 1 404 146 2 664
27 91 67 561 107 1 430 147 2 701
28 98 68 578 108 1 458 148 2 738
29 105 69 595 109 1 485 149 2 775
30 112,5 70 612,5 ПО 1512 150 2812
31 120 71 630,5 111 1540 151 2 850
32 128 72 645,5 112 1568 152 2 888
33 136 73 666 113 1596 153 2 926
34 144,5 74 684,5 114 1 624 154 2 964
35 154 75 703 115 1 653 155 3 003
36 162 76 722 116 1682 156 3 042
37 171 77 741 117 1 711 157 3 081
38 180,5 78 760,5 118 1 740 158 3 120
39 190 79 780 119 1 770 159 3 161
40 200 80 800 120 1 800 160 3 200
41 210 81 820 121 1 830 161 3 240
42 220,5 82 840,5 122 1 860 162 3 280
43 231 83 861 123 1891 163 3 321
44 242 84 882 124 1 922 164 3 362
45 253 85 903 125 1 953 165 3 403
46 264,5 86 924,5 126 1984 166 3 444
47 276 87 946 127 2 016 167 3 486
48 285,5 88 968 128 2048 168 3 528
49 300 89 990 129 2 080 169 3 570
50 312,5 90 1012,5 130 2112 170 3 612
51 325 91 1 035 131 2 145 171 3 655
52 338 92 1 058 132 2 178 172 3 698
53 351 93 1 081 133 2211 173 3 741
54 364,5 94 1 101,5 134 2 244 174 3 784
55 378 95 1 128 135 2 278 175 3 828
56 392 96 1 152 136 2 312 176 3 872
57 406 97 1 176 137 2 346 177 3916
58 420,5 98 1 200 138 2 380 178 3 960
59 435 99 1 225 139 2 415 179 4 005
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ И ФОРМ ЗАГОТОВОК ПРИ ВЫТЯЖКЕ
129
Продолжение табл. 43
D в мм 2 1г D в мм 1 р D в мм I 1г D в мм 2 1г
180 4 050 230 6 612 300 11 250 475 28 203
181 4 095 232 6715 305 11 628 480 28 800
182 4 140 234 6 844 310 12012 485 29 403
183 4 186 236 6 962 315 12 403 490 30 012
184 4 232 238 7 080 320 12 800 495 30 628
185 4 278 240 7 200 325 13 203 500 31 250
186 4 324 242 7 320 330 13612 505 31 878
187 4 371 244 7 442 335 14 028 510 32 512
188 4418 246 7 564 340 14 450 515 33 153
189 4 465 248 7 688 345 14 878 520 33 800
190 4512 250 7812 350 15312 525 34 453
191 4 560 252 7 938 355 15 753 530 35 112
192 4 608 254 8064 360 16 200 535 35 778
193 4 656 256 8 192 365 16 653 540 36 450
194 4 704 258 8 320 370 17 112 545 37 128
195 4 753 260 8 450 375 17 578 550 37 812
196 4 802 262 8 580 380 18 050 555 38 503
197 4 851 264 8 712 385 18 528 560 39 200
198 4900 266 8 844 390 19 012 565 39 903
199 4 950 268 8 978 395 19 503 570 40 612
200 5000 270 9 112 400 20000 575 41 328
202 5 100 272 9 248 405 20 503 580 42 050
204 5 202 274 9 384 410 21 012 585 42 778
206 5 304 276 9 522 415 21528 590 43 512
208 5 408 278 9 660 420 22 050 595 44 253
210 5 512 280 9 800 425 22 578 600 45 000
212 5 618 282 9 940 430 23 112 610 46 512
214 5 724 284 10 082 435 23 653 620 48 050
216 5 832 286 10 224 440 24 200 630 49 612
218 5 940 288 10 368 445 24 753 640 51200
220 6 050 290 10 512 450 25 312 650 52 812
222 6 166 292 10 658 455 25 878 660 54 450
224 6 272 294 10 804 460 26 450 670 56112
226 6 384 296 10 952 465 27 028 680 57 800
228 6 485 298 11 100 470 27 612 690 59 512
5 Романовский В. П.
130
ВЫТЯЖКА
определяем расстояние их от оси вращения. Умножаем длины участков на расстоя-
ния центров тяжести до оси Результаты подсчетов сводим в табл. 44. Сумми-
руя, получаем 2/г — 11 710. По табл. 43 находим диаметр заготовки D = 306 мм
Таблица 44. К примеру расчета диаметра заготовки (по рис. 98)
Отрезки 1 1г Отрезки 1 1г
1 10 115 1150 7 15,7 59,6 935
2 15,5 102,5 1609 8 15 56 840
3 20 89 1780 9 21 52,5 1103
4 15,5 78 1225 10 30 33 990
5 10 76 760 11 5,2 16,6 86
6 15,7 72,4 1137 12 14 7 98
11 710
Рассмотренный метод расчета, как и приведенные ранее формулы для опреде-
ления диаметра заготовки, не учитывает утонения материала, так как в большин-
стве случаев вытяжка производится с последующей обрезкой неровных кромок.
В случае вытяжки без обрезки кромок диаметр заготовки подсчитывают более
точно, с учетом утонения материала, и находят по формуле
D = 1,13 У Fa или D -= )z82 Ira,
где а — средний коэффициент утонения (0,90—1,0).
Размеры и конфигурация заготовок для вытяжки
прямоугольных коробчатых деталей [224]
Вытяжка прямоугольных коробчатых деталей является сложным процес-
сом холодной штамповки, так как в данном случае деформация вдоль перимет-
Рис. 99. Деформация координатной сетки
при вытяжке прямоугольных коробчатых
деталей
ра прямоугольной детали переменна.
На рис. 99 показана деформация
прямоугольной координатной сетки, на-
несенной на заготовку. Из рисунка
видно, что боковые стенки не просто от-
гибаются, а претерпевают более сложную
деформацию, состоящую из сжатия (уко-
рочения) вдоль периметра, удлинения в
вертикальном направлении и некоторого
увеличения толщины стенок в верхней
части детали.
Таким образом, распространенное
представление о том, что вытяжка про-
исходит лишь в углах прямоугольной
детали, а прямые стенки просто отги-
баются, является упрощенным и не-
достаточно точным.
В табл. 45 приведены приближенные значения относительной деформации сжа-
тия вдоль периметра, замеренные в двух точках: в середине верхнего края прямой
стенки и по краю углового закругления. Для сопоставления указана величина отно-
сительной деформации при вытяжке цилиндрических деталей той же относительной
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ И ФОРМ ЗАГОТОВОК ПРИ ВЫТЯЖКЕ
131
высоты. Величина деформации дана в известных пределах, так как она находится
в зависимости от отношения г/В.
Таблица 45. Приближенные значения относительной деформации сжатия
(в %)
Относительная цысота коробки Относительная деформация при прямо- угольной бы! яжке Относительная де- формация при вы- тяжке цилиндриче- ских деталей
в середине верхнего края стенки (рис. 99, а) по краю углового закругления (рис. 99, б)
н = в 26-30 45-50 55
Н =0£В 15-20 33-38 42
Н = 0,3В 5-8 25-30 32
Таким образом, если для низких прямоугольных коробок (Н = 0,3 В) можно
пренебречь деформацией прямых стенок и с некоторой погрешностью считать, что
они просто отгибаются,то для более высоких коробок (Н > 0,5 В) этой деформацией
пренебрегать нельзя.
Таблица 46. Относительная высота прямоугольных коробок,
вытягиваемых в одну операцию (стали 08—10)
Относительный радиус угловых закруглений г/В Относительная высота Н/В при относительной толщине заготовок S/D • 100
2—1,5 | 1,5-1,0 1,0-0,5 0,5—0,2
0,3 1,2-1,0 1,1 0,95 1,0 - 0,9 0,9-0,85
0,2 1,0-0,9 0,9-0,82 0,85 0,70 0,8- 0,7
0,15 0,9- 0,75 0,8 -0,7 0,75 0,65 0,7-0,6
0,10 0,8- 0,6 0,7 0,55 0.65- 0,5 0,6 0,4э
0,05 0,7 0,5 0,6- 0,45 0,55—0,4 0,5-0,35
0,025 0,5 0,4 0,45 0.35 0,4 0,3 0,35 0,25
Примечания:
1. Кроме относительных величин г/В и S/D возможная высота вытяжкн зависит от
абсолютных размеров прямоугольных коробок. Поэтому большие значения нз приведен-
ных в таблице относятся к коробкам небольших размеров (В < 100 мм), а меньшне —
к крупным коробкам.
2. Для других материалов следует применять поправки в ту или другую сторону
в соответствии с большей или меньшей пластичностью металла. Так, например, для стали
1Х18Н9Т и алюминия поправочный коэффициент приблизительно равен 1,1—1,15. Для
сиалей 20—25 соответствует 0,85—0,9.
В технологическом отношении следует строго отличать вытяжку низких прямо-
угольных коробок, вытягиваемых в одну операцию, от вытяжки высоких коробок,
изготовляемых за несколько последовательных операций. Технологические расчеты
и построение заготовок для них совершенно различны, так как в первом случае
окончательная форма изделия получается путем вытяжки плоской заготовки, а во
втором — заготовки, имеющей полую пространственную форму.
б*
132
ВЫТЯЖКА
Наибольшая относительная высота прямоугольных коробок, вытягиваемых за
одну операцию, зависит от ширины коробки В, относительного радиуса закругления
в углах и у дна r/В и относительной толщины заготовки S/D. Приближенные значе-
ния этой высоты приведены в табл. 46.
Таблица 47. Величина
припуска на обрезку
прямоугольных коробок
Количество операций вытяжки Припуск на обрезку ДН0
1 (0,03 4-0,05) Но
2 (0,04 4- 0,06) Н()
3 (0,05 4- 0,08) Н„
4 (0,06 4-0,10) Нв
В высоту коробки Н входит припуск на
обрезку, величина которого приведена в табл. 47.
Общая высота прямоугольной коробки, при-
нимаемая в технологических расчетах,
/7 = /70 + ЛН0=(1+Д) Но,
где Но — высота коробки по чертежу.
Расчет заготовок для прямоугольных
коробчатых деталей,
вытягиваемых в одну операцию
Существующие методы расчета заготовок
для вытяжки прямоугольных коробок охваты-
вают лишь отдельные частные случаи без чет-
кого указания пределов их применения. Зача-
стую оказывается, что методы расчета, применяемые в одном случае, непри-
годны при вытяжке аналогичных коробок, но с другим соотношением размеров.
Это происходит потому, что способ расчета и построения формы заготовки в значи-
тельной степени зависит от относительной высоты коробки Н/В и относительного
радиуса углового закругления г/В, так как от их соотношения зависит степень вы-
теснения металла из угловых закруглений в боковые стенки коробки и увеличение
их высоты.
В работах автора в зависимости от сочетания указанных параметров коробки
и различной степени вытеснения металла в боковые стенки установлены отдельные
области (рис. 100), которым соответствуют разные способы построения формы заго-
товки [224]. В результате этого были уточнены пределы применения существующих
методов расчета и установлены способы построения заготовок для случаев, ранее
не рассматривавшихся в технической литературе (области 1а и Нс).
Кривые 1 и 2 указывают наибольшую высоту коробок, вытягиваемых в одну
операцию при относительной толщине заготовок:
-100 = 2 и ~ • 100 = 0,6.
Выше этих граничных кривых находится область многооперационной вытяжки
(1а—/с), а ниже — область однооперационной вытяжки. Последняя подразделена
автором на три отдельные области Па\ !!&', II с по степени вытеснения металла из
угловых закруглений в боковые стенки коробки.
К области На относится вытяжка низких коробок с относительно малыми ра-
диусами угловых закруглений, выражаемыми зависимостью Г ^0,17. Эта вы-
£> --------------------------------------------------------- П
тяжка характеризуется незначительным вытеснением металла из угловых закругле-
ний в боковые стенки коробок без изменения их высоты. Построение заготовки в этом
случае производится путем геометрической развертки элементов коробки на пло-
скость.
Область охватывает вытяжку невысоких коробок, но с относительно боль-
г
В —И
шими радиусами'угловых закруглений, определяемыми зависимостью0,17 С
< 0,4. Вытяжка таких коробок характеризуется значительным вытеснением металла
из угловых закруглений в боковые стенки и увеличением высоты последних. Пост-
роение заготовки производится путем геометрической развертки коробки с коррек-
тировкой контура.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ И ФОРМ ЗАГОТОВОК ПРИ ВЫТЯЖКЕ 133
Область Пс охватывает однооперационную вытяжку относительно высоких ко-
робок с большими радиусами угловых закруглений, выражаемыми зависимостью
г ^-^0,4, и характеризуется весьма большим перемещением металла из угло-
вых закруглений в боковые стенки и значительным увеличением высоты последних.
В большинстве случаев в этой области при вытяжке квадратных коробок практи-
Рис 100. Параметры различных случаев вытяжки прямоуголь-
ных коробчатых деталей
чески возможно применить заготовку круглой формы, а при вытяжке прямоуголь-
ных коробок — заготовку овальной формы с двумя закругленными и двумя прямо-
линейными сторонами.
Заштрихованные на рис. 100 участки представляют собой переходные зоны от
одной области к другой, в пределах которых расположена граница между этими
областями.
При построении формы заготовок для низких коро-
бок с относительно малыми радиусами угловых закру-
глений (область 11а) условно принимают, что вытяжка происходит только в уг-
лах коробки, а прямолинейные участки стенок отгибаются. Конфигурация заготовки
получается путем геометрической развертки элементов прямоугольной коробки на
плоскость основания с вычерчиванием плавного контура в углах развертки (рис. 101).
134
ВЫТЯЖКА
Расчет и построение ведут в следующем порядке [187] (по средней линии).
1. По заданным размерам коробки определяют длину отгибаемой части стенок /,
включая закругление у дна,
I = Н + 0,57 гд.
2. Определяют радиус заготовки в углах R, как для вытяжки четверти цилиндри-
ческого стаканчика диаметром d и высотой Н. При равенстве радиусов углового и
донного закруглений rv = гд = г
R = ^2rH = У<1Н
В случае разных радиусов закруглений в углах и у дна коробки Гу и г$
R = Кгу + 2гу Н - 0,86 гд (Гу + 0,16 гд).
кам.
3. Строят заготовку со ступенчатым переходом от закругления к прямым стен-
4. Отрезки ab делят пополам и проводят касательные к окружности радиуса R.
5. Углы между касательными и прямыми стенками закругляют радиусом R.
При данном построении контура заготовки вытянутые низкие прямоугольные
коробки с малым радиусом углового закругления, как правило, не требуют обрезки,
Рис. 101. Построение контура заго-
товки для низких прямоугольных ко-
робок, вытягиваемых в одну операцию
(область II а рис. 100)
так как избыточный против расчетного ме-
талл в угловом закруглении (+ /) вытес-
няется в боковые стенки и компенсирует
срезанные участки заготовки (— f).
В случае вытяжки коробки с обрезкой
фланца размер развертки I подсчитывается
с учетом припуска на обрезку. При этом
большой точности построения контура заго-
товки не требуется. Можно применять прямо-
угольную заготовку со срезанными углами.
При построении загото-
вок для коробок с относи-
тельно большими радиуса-
ми угловых закруглений
(область 11ь) необходимо учитывать вытес-
нение металла из угловых закруглений в
боковые стенки коробки и некоторое уве-
личение высоты стенок. В этом случае рас-
чет и построение заготовок ведут в сле-
дующей последовательности.
1. Определяют длину развертки прямых
стенок I и радиус заготовки в углах R по
приведенным выше формулам.
2. Строят заготовку со ступенчатым пе
реходом от закругления к прямым стенкам.
3. Определяют увеличенный радиус в углах развертки Rx = xR для компенса-
ции металла, вытесняемого в боковые стенки. Коэффициент х находят по формуле1
х = 0,074 + 0,982
или берут из табл. 48 по относительным размерам коробки.
4. Определяют ширину полоски hb и hai отрезаемой от геометрической развертки
прямых сторон для компенсации металла, перемещаемого из угловых закруглений
(рис. 102).
Нормали AWI. Определение размеров заготовок для вытяжки деталей прямоугольной
формы.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ И ФОРМ ЗАГОТОВОК ПРИ ВЫТЯЖКЕ
135
Таблица 48. Значения коэффициента х
Относительный радиус углового закругления г/В Коэффициент х при относительной высоте коробки Н/В
0,3 0Л 0,5 0,6
0,10 — 1,09 1,12 1,16
0,15 1,05 1,07 1,10 1,12
0,20 1,04 1,06 1,08 1,10
0,25 1,035 1,05 1,06 1,08
0,30 1,03 1,04 1,05 —
Размеры ha и hb определяют из равенства прибавляемой поверхности четверти
кольца и убавляемой поверхности полоски шириной hb и длиной В — 2г (или ha
и А — 2г) и находят по формулам:
и .. Я2 Я2
hb- у в — 2г' У А- 2г'
Коэффициент у находят по номограмме AWF или берут из табл. 49 по относи-
тельным размерам коробки.
Таблица 49. Значения коэффициента у
Относительный радиус углового закругления г/В Коэффициент у при относительной высоте коробки Н/В
0,3 0,4 0,5 0,6
0,10 — 0,15 0,20 0,27
0,15 0,08 0,11 0,17 0,20
0,20 0,06 0,10 0,12 0,17
0,25 0,05 0,08 0,10 0,12
0,30 0,04 0,06 0,08 —
5. Производят корректировку развертки, увеличивая радиус до и уменьшая
высоту на величину ha и hb.
6. По полученным размерам ширины, длины и углового радиуса развертки
строят плавный контур, применяя сопрягаемые дуги окружности радиусов Rb и Ra.
Это построение применимо для прямоугольных коробок с соотношением сторон
до Л В = 1,5 4- 2,0. В случае вытяжки коробок, подвергаемых обрезке, контур
заготовки можно упростить, допуская небольшое увеличение ее размеров.
Для относительно высоких коробок, вытягиваемых
в одну операцию и охватываемых областью //с, форма за-
готовки близка к кругу или закругленному овалу, вследствие чего можно не прибе-
гать к геометрическому построению заготовки, а получить ее размеры расчетным
путем, используя условие равенства поверхностей коробки и заготовки. Для квад-
ратных коробок шириной В и высотой И в случае равенства радиусов углового и
донного закруглений (рис. 103) диаметр заготовки находится по формуле [103]
£>3=1,13 /В2 + 4В (В - 0,43г) - 1,72г (Н + 0,337)?
где Н — высота с припуском на обрезку;
г — радиусы закругления в углах и у дна, принимаемые одинаковыми.
136
'ВЫТЯЖКА
В случае разной величины радиусов закруглений в углах и у дна коробки диа-
метр заготовки определяется по уточненной формуле
D3 = 1,13 VВ* + 4В(Н — 0,43 rd) — 1,72 rv (Н + 0,5 rv) -4гд (0,11 гд — 0,18 г,).
Прямоугольные коробки размерами А X В можно рассматривать как состоя-
щие из двух половинок квадратных коробок шириной В, соединенных промежуточ-
ной частью размером А — В. В этом случае контур заготовки имеет форму овала,
образованного двумя полуокружностями радиуса R и двумя параллельными сторо-
нами (рис. 104). Эта форма контура достаточно точна и наиболее проста для изго-
товления вырубного штампа.
Рнс. 102. Построение формы заготовки для вытяжки невысоких коробок с от-
носительно большими радиусами угловых закруглений (область II рнс. 100):
а — для квадратной; б — для прямоугольной коробки
Применяемая иногда эллиптическая форма заготовки значительно усложняет
и удорожает изготовление вырубного штампа и не дает никаких преимуществ при
вытяжке.
В соответствии с указанным принципом построения заготовки центр окружности
радиуса R& находится на расстоянии В/2 от узкой стороны коробки. Длина овальной
заготовки составляет
L — D3-\-(A — В),
где D3 = 2Rb — диаметр заготовки условной квадратной коробки размером В X В,
находимый по приведенной выше формуле;
А — В — расстояние между центрами.
Ширина овальной заготовки находится из условия равномерного увеличения
высоты коробки со всех сторон по формуле
D3(B-2rd) + [B + 2(H +0t43rd)](A-B)
В большинстве случаев К < L и заготовка имеет форму овала. Радиус закруг-
ления заготовки с узкой стороны овала определяется по формуле R = 0,5 К. Пост-
роение заготовки приведено на рис. 104.
Если разность осей заготовки не превышает 3% для мелких коробок и 5% для
коробок средних размеров, можно брать круглую заготовку диаметром D = L.
В случае малой разности размеров А и В (Д < 1,3 В) и при Н < 0,8 В ширина К
овальной заготовки может быть взята равной 2R[).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ И ФОРМ ЗАГОТОВОК ПРИ ВЫТЯЖКЕ
137
Рис. 104. Размеры и форма заготовки для вы-
сокой прямоугольной коробки с большим ра-
диусом угловых закруглений (область 11с,
рис. 100)
Рис. 103. Форма заготовки для высокой
квадратной коробки с большим относи-
тельным радиусом угловых закругле-
ний (область //с, рис. 100)
Рис. 105. Размеры и форма заготовки для цельно-
щтампованного корыта
138
ВЫТЯЖКА
Примером однооперационной вытяжки прямоугольных изделий с большим
радиусом угловых закруглений (область Нс) является вытяжка на прессе двойного
действия штампованных корыт из оцинкованной стали толщиной 0,7 мм (рис. 105).
п
Параметры вытяжки: - = 0,38; ~ = 0,33; ь = 0,54.
D D D -- П
Расчет заготовок для высоких квадратных и прямоугольных
коробчатых деталей, требующих многооперациоиной вытяжки
Область многооперационной вытяжки (см. рис. 100) может быть подразделена
на два участка /о и /г с разным соотношением относительных высот и радиусов угло-
вых закруглений, влияющих на форму и способ построения заготовки. Участок I&
является переходной зоной между 1а и /с.
Рис. 106. Вытяжка квадратных коробок с калибровкой
угловых радиусов
К области /о относится вытяжка сравнительно невысоких квадратных и пря-
моугольных коробок (И 0,5-f0,6 В), но с малыми радиусами закруглений, которые
трудно или невозможно вытянуть за одну операцию. Вторая операция применяется
с целью уменьшения (калибровки) угловых и донных закруглений.
Так как сравнительно небольшая калибровка радиусов закруглений изменяет
лишь размеры, но не форму коробки, то определение размеров и построение заготовки
можно производить путем геометрической развертки элементов коробки на пло-
скость основания, как для коробок из области IIа (см. рис. 100). Последовательность
расчета и построения приведена выше (см. рис. 101).
Учитывая двукратную вытяжку в углах коробки и некоторое вытеснение ме-
талла в боковые стенки, рекомендуется увеличить радиус развертки R на 10—20%
и при равенстве радиусов углового и донного закруглений определять его по фор-
муле
/? = (1,1-:-1,2)
Радиусы закруглений в углах коробок на первой и второй операциях должны
иметь смещенные центры (рис. 106).
Вторая операция (калибровка) производится вытяжкой без прижима, поэтому
рекомендуется применять небольшой просвет между стенками (Ь = 4 4- 5 S). При
этом, если b = 0,43 (rfJl — г(2)> то высота коробки на первой и второй операциях
остается без изменения. Увеличение высоты на второй операции составляет
АН = Ь — 0,43 (гд1 — гд2),
где Гох и г^2 — радиусы закруглений у дна на первой и второй операциях.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ И ФОРМ ЗАГОТОВОК ПРИ ВЫТЯЖКЕ
139
При многооперационной вытяжке высоких квадратных и прямоугольных коро-
ву
бок с относительной высотой ь-0,65 -5-0,7 (область lCt рис. 100) заготовка имеет
D
форму круга или овала. Размеры заготовок определяют из равенства суммарной
поверхности элементов коробки и плоской заготовки так же, как для коробок, отно-
сящихся к области Пс. Так, например, для квадратных коробок, принимая радиусы
закруглений в углах и у дна одинаковыми, диаметр заготовки находим по формуле
D3 = 1,13 /В2 + 4В (Я — 0,43 г) — 1,72 г (Н + 0,33?)-
В данном случае высота Н берется с припуском на обрезку, выбираемым в пре-
делах от 0,05 Но до 0,1 Но, где Но — высота коробки по чертежу.
При многооперационной вытяжке высоких прямоугольных коробок расчет
заготовки и построение переходов следует производить, рассматривая узкие стороны
прямоугольной коробки как половины квадратной коробки, соединенные одна с дру-
гой переходной частью [224]. В этом случае контур заготовки имеет форму овала,
образованного с узких сторон дугами радиуса Rb, а с широкой — радиуса Rn или
овала, образованного двумя полуокружностями радиуса R = 0,5 К и параллель-
ными сторонами (рис. 107). Последняя форма контура более предпочтительна, так
как она наиболее проста для изготовления вырубного штампа. Определение разме-
ров овальной заготовки — длины L и ширины К — производится по приведенным
ранее формулам (стр. 136).
Радиус закругления большей стороны овала может быть определен по формуле
0,25 (Л2 + №) -£./?*
а К -2Rh
В ряде случаев овальная форма заготовки может быть упрощена. Так, например,
при малой разности размеров Л и В, а также при весьма большой относительной
высоте коробки может быть взята круглая заготовка.
Пример 1. Рассчитать заготовку для вытяжки квадратной коробки размером
45 X 45 X 50 мм (рис. 108, а). Материал — сталь 08, толщина 0,5 мм.
Припуск на обрезку берем равным 0,1 Но = 5 мм. Полная высота коробки
Н — 55 мм, а ее относительная высота - = 1,22 Следовательно, коробка относится
В
к области многооперационной вытяжки (1С по рис. 100), для которой заготовка
имеет форму круга. Диаметр заготовки подсчитываем по формуле
D3 - 1,13 К В2 + 4В (^ - 0,43 г) - 1,72 г (В Т0’33"г) =
= 1,13 /2025 + 180 (55 — 1,3) — 5,16 - 56 = 1,13- 106,7 120 мм
Пример 2. Рассчитать заготовку для вытяжки прямоугольной коробки разме-
ром 45 X 80 X 50 мм (рис. 108, б). Материал — сталь 08, толщина 0,6 мм.
Припуск на обрезку берем равным 0,1, Но — 5 мм. Полная высота коробки
Н = 55 мм. Следовательно, она также относится к области многооперадионной вы-
тяжки (1С по рис. 100). Форма заготовки — закругленный овал.
Расчет заготовки проводим, рассматривая узкие стороны коробки как поло-
винки квадратной коробки размером 45 X 45 мм. Подсчитываем диаметр заготовки
по тон же формуле: D3 — 120 мм. Радиус закругления узкой стороны овала Rb =
— 0,5 D3 = 60 мм.
Длина овальной заготовки
L = D3 + (Л — В) = 120 4- (80 — 45) = 155 мм.
Ширина овальной заготовки
,, D3 (B — 2r) + [В + 2 (Н -0,43 г)] (Л - В)
К= -----------------Д^2Т =
120 (45 - 6) + [45 + 2 (55 - 1,3)J (80 - 45) _
=-------------------80^6 “ 135 мм
Рис. 107. Форма заготовки при
многооперационной вытяжке прямо-
угольных коробчатых деталей
Рис. 10б. К расчету размеров заготовки для коробчатых деталей
ВЫТЯЖКА
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ И ФОРМ ЗАГОТОВОК ПРИ ВЫТЯЖКЕ
141
Радиус закругления заготовки R = 0,5 К = 67,5 мм.
Подсчитываем для сравнения радиус закругления большей стороны овала
o,25(g+^-^^igo = 84^
А — z Aft la
Берем овальную заготовку размером 155Х 135 мм.
К
Закругления радиусом R = - - — 67,5 сопрягаются с параллельными кром-
ками длиной 20 мм. Эта заготовка более проста для изготовления вырубного штампа
по сравнению с заготовкой эллиптической формы.
На правой части заготовки нанесен контур эллиптического овала, полученного
сопряжениями радиусов Rb и Ra. Заштрихованные участки показывают практически
ничтожную разницу в размерах заготовки, из-за которой нет смысла идти на услож-
нение контура и удорожание штампа.
Расчет заготовок для прямоугольных коробчатых
деталей с фланцем |230|
Прямоугольные коробки с фланцем в большинстве случаев представляют собой
1Н \
относительно невысокие детали 0,6) при небольшой ширине фланца, пред-
W /
назначенного для соединения с другими деталями. Как правило, эти коробки можно
изготовлять за одну операцию вытяж-
ки, кроме коробок с очень малыми
радиусами угловых или донных за-
круглений, требующих дополнитель-
ной операции калибровки.
При вытяжке прямоугольных ко-
робок с фланцем ввиду значительной
неравномерности деформации вдоль
контура обязательно необходима по-
следующая обрезка неровного фланца.
Это упрощает технологические расчеты
заготовки и построение ее формы, так
как большой точности последних не
требуется. Форму"заготовки в данном
Рис. 109. Схемы к определению длины вы-
прямленной стенки (а) и радиусу углового
закругления (б)
случае можно значительно упростить,
руководствуясь удешевлением выруб-
ного или комбинированного штампа.
Необходимо соблюдать следующие
требования: 1) предотвратить нехватку поверхности металла заготовки; 2) устранить
скопление заведомо лишнего металла в углах, затрудняющего процесс вытяжки.
В основу расчета и построения заготовки кладется известное правило: равенство
площадей поверхности заготовки и коробки (с припуском на обрезку). При этом про-
изводят следующие подсчеты: определение длины выпрямленной стенки; определение
радиуса заготовки RQ в углах коробки.
Длина выпрямленной стенки (рис. 109, а) находится по уравнению
тг тг
= 4 + 4 + -^ го + ~2 гм = 4 + 44
гд + гм
2
п — 4 + 4
Отсюда видно, что вычисления можно упростить, применяя средний радиус
закругления у дна и фланца. Выражая уравнение в размерных параметрах коробки,
получаем
L = ^Z^. + H + 0.14rcp,
где Вф — ширина коробки с фланцами.
142
ВЫТЯЖКА
Радиус заготовки в углах коробки подсчитывается как для вытяжки стакан-
чика с фланцем, приведенного на рис. 109, б,
Ro = VRifi+2 rv (H-0,86rcp).
Построение заготовки производится путем развертки коробки на плоскость
(рис. НО). Вначале вычерчивается контур коробки в плане; потом из центров угло-
вых закруглений О прямыми линиями отделяются угловые участки от прямолиней-
ных; от границы донного закругле-
ния откладывается выпрямленная
длина стенки L\ из центров О про-
водятся дуги окружностей радиу-
сом (рис. ПО, слева). Затем
Рис. 111. Различные способы построения пере-
ходной части в углах заготовок
Рис. ПО. Схема построения заго-
товки
строится сопряжение линий контура, которое может быть как прямолинейным, так
и криволинейным. На рис. НО, справа показано наиболее простое прямолинейное
сопряжение в виде касательной к окружности радиуса /?0.
На узкой стороне прямоугольной коробки происходит более интенсивное, чем
на длинной стороне, вытеснение металла из угловых участков заготовки в боковые
стенки. Вытесняемый металл несколько увеличивает высоту (длину) узкой стенки.
Это перемещение металла учитывается тем, что заготовка в этом месте берется короче
на величину а, примерно равную припуску на обрезку (для мелких коробок 2—3 мм\
для средних 3—5 мм; для крупных 5—8 мм). На длинной стороне коробки такого
среза при расчете не делают.
В заготовке создаются два участка площадью поверхности — отрезаемый и
[2 — прибавляемый к расчетной поверхности. В отличие от низких прямоугольных
коробок без фланца в данном случае необходимо, чтобы > fly т. е., чтобы прибав-
ляемая поверхность заготовки всегда превышала отрезаемую.
Ширина заготовки К
К = B-2rd + 2L = Вф + 2Н—1,72 гср
Длина заготовки соответственно составляет:
N = К + Д-В~2а= А + Вф-В + 2Н— \,12гср — 2а.
В зависимости от различного сочетания геометрических параметров коробки
(ШВ, rvIBy Вф1В) возможны разные способы построения переходной части в углах
заготовок (рис. 111).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ И ФОРМ ЗАГОТОВОК ПРИ ВЫТЯЖКЕ 143
При небольшой глубине коробки Н и при угловом радиусе rv > 0,6 Н приме
няется сопряжение сторон радиусом, равным половине ширины заготовки (рис. 111,а)
При повышенной глубине коробки и угловом радиусе гу < 0,6 Н применяется сопря-
жение сторон касательной к окружности радиуса (рис. 111, б или г). При
вытяжке крупных коробчатых деталей в штампах с вытяжными ребрами приме-
няется способ построения угловой части заготовки, показанный на рис. 111, в. Углы
заготовки остаются на вытяжных ребрах и не закругляются.
Построение заготовок для вытяжки деталей сложной
и несимметричной пространственной формы
В большинстве случаев для деталей сложной пространственной формы (типа
деталей автомобильного кузова) не предъявляется особых требований к точности раз-
меров заготовок. Поэтому методов точного расчета таких заготовок не существует.
Вначале определяют ориентировочные габаритные размеры заготовки, учиты-
вающие кривизну формы и необходимую величину технологических припусков (для
прижима заготовки). Размеры заготовки коррек-
тируют при испытании вытяжного штампа; откор-
ректированные заготовки служат шаблоном для
изготовления вырубных штампов.
слепка
Рис. 112. Заготовка для панели двери автомо-
1 бнля
На рис. 112 показана наружная панель двери автомобиля и заготовка для нее,
полученная указанным способом. Технологический припуск составляет по 66 мм
на сторону.
В некоторых случаях размеры и форму заготовок для вытяжки деталей сложной
и несимметричной конфигурации находят следующим путем: 1) разбивкой контура
на отдельные элементы; 2) нахождением заготовок н построением разверток для
отдельных элементов; 3) построением плавного контура и уравниванием прибавлен-
ных и отрезанных частей заготовки.
В автомобильной промышленности при проектировании штампов для деталей
кузова весьма сложной пространственной формы применяется метод моделирования.
Пользуясь небольшой (масштаб 1 10) деревянной или гипсовой моделью формы де-
тали кузова, конструктор может точнее установить наиболее деформируемые участки
заготовки и вероятное направление течения металла, наилучшее положение вытяжки
в пространстве, наиболее целесообразную поверхность прижима, необходимость
применения вытяжных ребер, форму и размеры плоской заготовки.
На рис. 113 изображен оригинальный метод построения переходных форм вы-
тяжки деталей весьма сложной конфигурации.
Сущность данного метода заключается в том, что по образцу детали изготовляют
слепок из грубой марли, пропитанной воском (рис. 113, а); толщина слепка 2—3 мм.
144
ВЫТЯЖКА
Таблица 50. Формулы для определения объема и боковой поверхности
геометрических тел
Фигура Эскиз Объем V Боковая поверхность F
Цилиндр г nd2 f nr2h — —h 4 2strh — ndh
1
Полый цилиндр nh (r2 — r?) 2nh(r-\-ri)
k I' 1 1 1 1 1
Усеченный цилиндр г nr (h + hx)
\1 Тхх J
Конус ll- ~ nr2h о лг1 = nr У r2 + h2
—-г
Усеченный конус S'* G * Яй^ + г’ + гг.) о ЭТ/ (r + r,)
Tf \1
-г
Шаровой пояс 1 0 П6Й (За2 + ЗЛ2 4-Л2) 2nrh
_ 4
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ И ФОРМ ЗАГОТОВОК ПРИ ВЫТЯЖКЕ
145
Продолжение табл. 50
После остывания воска слепок вынимают и, руководствуясь характером деформаций,
расправляют, придавая ему менее рельефную и менее глубокую форму для проме-
жуточной вытяжки (рис. 113, б). По расправленной форме слепка изготовляют гип-
совую модель промежуточной матрицы Затем производят дальнейшее расправ-
ление воскового слепка и получают форму для первоначальной вытяжки
(рис. 113, в), по которой отливают гипсовую модель матрицы первой вытяжки.
Размеры заготовок для вытяжки с утонением стенок (протяжки)
Для вытяжки с утонением стенок определение размеров заготовки произ-
водят исходя из равенства объемов материала заготовки и готовой детали с
прибавкой на обрезку.
Чертеж детали разбивается на отдельные объемные участки геометрически
простой формы, объем которых определяется по формулам и затем суммируется.
Толщина заготовки обычно устанавливается по чертежу готовой детали и усло-
виям ее обработки. Диаметр заготовки определяется по следующей формуле:
где V — объем заготовки с учетом отходов при обрезке, равный (1 + a) Va3$; а —
коэффициент, учитывающий отходы при обрезке;
S — толщина заготовки (от 1,0 до 1,2 толщины дна).
Ниже приведена величина отходов при обрезке в процентах от веса или объема
Детали:
Относительная высота детали hjd . До 3 3—10 Свыше 10
Величина отхода при обрезке а в % 8—10 10—12 12—15
Более точные методы расчета заготовок для вытяжки с утонением материала
изложены в специальной литературе. В табл. 50 приведены основные формулы для
°пределения объема простейших геометрических тел.
146
ВЫТЯЖКА
21. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ ВЫТЯЖКЕ
И ПОСТРОЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Степень деформации и коэффициенты вытяжки
В зависимости от соотношения высоты и диаметра вытягиваемой детали, а
также от относительной толщины заготовки вытяжка может быть произведена за
одну или несколько операций. Необходимо, чтобы вытяжка была произведена за
Рис. 114. Сопоставление различных пока
зателей степени деформации при вытяжке
наименьшее количество операций, выпол-
няемых с возможно большей степенью де-
формации (относительное уменьшение
диаметра и увеличение глубины вытяж-
ки), без применения промежуточного от-
жига 1.
Степень деформации Е при вытяжке
цилиндрических деталей может измерять-
ся одним из следующих показателей:
D —d D — d . D
~d~’ ~~D~’ '"J’
..DI d 1
К = , = —; tn = - = --
d tn * D К
боковую цилиндрическую поверхность
висимости от отношения D/d приведены
где Dud — диаметры заготовки и детали
в ММ',
т — коэффициент вытяжки;
К — степень вытяжки — величи-
на, обратная коэффициенту
вытяжки.
Эти показатели находятся в одно-
значной зависимости между собой и дают
правильную характеристику общей сте-
пени деформации лишь при непременном
условии — полной перетяжке фланца в
детали. Их численные значения в за-
на рис. 114.
Наиболее распространенным показателем степени деформации является коэф-
ж d , ~
фициент вытяжки т = —, однако его численная величина находится в обратной
зависимости от степени деформации (чем меньше т, тем больше степень деформации).
Встречается недостаточно правильное толкование смысла коэффициента вы-
тяжки, якобы являющегося простым отношением d/Dy не связанным с шириной пере-
тягиваемого фланца и не характеризующим степень деформации. Ошибочность та-
кого толкования видна из диаграммы (рис. 114), а также из следующего преобразо-
вания:
d
D
= 1
D — d.
D '
К = 2 = И-
D — d
d
Отношения, стоящие в правой части формул, представляют собой относи-
тельную деформацию при вытяжке, зависящую от ширины перетя-
гиваемого фланца.
1 Исключением является вытяжка сильно наклепывающихся сплавов, особенно тех,
у которых процесс холодной деформации сопровождается структурно-фазовыми превращени-
ями и требует применения промежуточного отжига.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ ВЫТЯЖКЕ
147
В табл. 51 представлена предельная степень
деформации при вытяжке цилиндрических дета-
лей за первую операцию.
Теоретическая величина наибольшей сте-
пени вытяжки К значительно превышает прак-
тически осуществимую степень вытяжки пла-
стичных металлов.
Это объясняется тем, что в первом случае
не учтены реальные условия процесса вытяжки:
напряжения, возникающие в начальной стадии,
трение, а также зависимость предельной сте-
пени деформации от относительной толщины
заготовки.
Величина предельной деформации при вы-
тяжке ограничена тремя основными причи-
нами.
Таблица 51. Предельная сте-
пень деформации при вытяжке
цилиндрических деталей
Показатель степени деформа- ции Степень деформации
теорети- ческая практи- ческая
т 0,368 0,45—0,55
К 2,72 2,22—1,82
1 D ,пт 1,0 0,8—0,6
1. Недостаточная пластичность металла обусловливает повышенное сопротив-
ление плоского фланца деформированию, что приводит к увеличению растягивающих
напряжений в опасном сечении и отрыву дна.
2. Образование складок (гофров) в результате потери устойчивости фланца
заготовки резко увеличивает сопротивление вытяжке и вызывает преждевременный
обрыв заготовки. Наименее устойчивы и наиболее подвержены складкообразованию
заготовки малой относительной толщины.
3. Малая величина радиуса закругления вытяжных кромок матрицы вызывает
наряду с другими причинами значительное увеличение сопротивления втягиванию
плоской заготовки в отверстие матрицы и приводит к увеличению растягивающих
напряжений в опасном сечении и преждевременному отрыву дна.
Каждой степени деформации соответствует определенная величина напряже-
ния, возникающего в опасном сечении, ограничивающего возможность вытяжки и
прн известных условиях приводящего к образованию трещин и отрыву дна.
Условие прочности опасного сечения определяется зависимостью:
атах < % ар — °в (1 +
где стах — наибольшие растягивающие напряжения в опасном сечении;
Ор — истинное сопротивление разрыву;
— равномерное относительное удлинение.
Поэтому наиболее правильным и точным способом определения допустимой сте-
пени деформации и количества операций вытяжки является способ, основанный на
определении действительных напряжений, возникающих при вытяжке и использо-
вании основных законов теории пластичности. Однако ввиду сложности и практи-
ческого неудобства применения этого способа указанные подсчеты производят по
экспериментально установленным коэффициентам вытяжки, которые характеризуют
допустимую величину степени деформации.
Величины применяемых на практике коэффициентов вытяжки большей частью
являются приближенными, так как не учитывают зависимости коэффициентов вы-
тяжки от относительной толщины заготовки, радиуса закругления вытяжных кро-
мок матрицы, скорости вытяжки и т. п. Кроме того, не всегда соблюдается закон по-
добия, вследствие чего коэффициенты вытяжки, полученные в определенных часгных
условиях, неправильно обобщены и рекомендуются для любых случаев.
В холодной штамповке основным условием является необходимость
полного геометрического подобия деталей. Только при
этом условии коэффициенты вытяжки будут выражать сопоставимые дефор-
мации.
Коэффициенты вытяжки деталей без фланца нельзя применять для расчета
вытяжки деталей с широким фланцем и т. п.
148
ВЫТЯЖКА
Вторым обязательным условием является геометрическое подобие деформируе-
мых заготовок, выражаемое отношением S/D. Разным значениям S/D соответствуют
разные величины допустимой степени деформации и коэффициентов вытяжки, обу-
словливаемые различной устойчивостью фланца одних и тех же размеров при разной
толщине материала.
На рис. 115 приведена зависимость коэффициентов первой вытяжки от относи-
тельной толщины заготовки для стали 10 при малых (кривая 1) и увеличенных (кри-
вая 2) радиусах закругления мат-
рицы.
Вследствие указанных зависи-
мостей рекомендуемые для прак-
тического пользования коэффициен-
ты вытяжки обязательно должны
быть разграничены по относитель-
ной толщине материала. Любые ре-
комендации, устанавливающие за-
висимость коэффициентов вытяжки
только от рода материалов, яв-
ляются неправильными и необос-
нованными, так как они не отра-
жают зависимости предельной сте-
пени деформации от относительной
толщины заготовки и оценивают
Рис. 115. Зависимость коэффициентов первой вы- ОДНИМИ И теми Же величинами не-
тяжки ОТ относительной толщины заготовки сопоставимые деформации. Этим,
например, объясняется то обстоя-
тельство, что вытяжка относительно толстых мелких цилиндрических деталей
осуществима при коэффициенте — 0,45, в то время как вытяжка крупных де-
талей из тонкого материала той же марки с трудом получается при коэффициенте
tn1 = 0,60.
Это влияние относительной толщины заготовки на
величину коэффициента вытяжки значительно больше,
чем влияние пластичности того или иного металла, так как для
вытяжки применяются главным образом высокопластичные металлы с небольшим
колебанием пластических свойств (за исключением некоторых специальных сплавов).
Технологические расчеты при вытяжке цилиндрических деталей
без флаица
Технологические расчеты при вытяжке цилиндрических деталей состоят в опре-
делении допустимой степени деформации, нахождении требуемого количества после-
довательных операций вытяжки и подсчете пооперационных размеров деталей.
Допустимая величина степени деформации находится по экспериментально
установленным и практически проверенным коэффициентам вытяжки.
Коэффициенты вытяжки цилиндрических деталей без фланца выражаются отно-
v di „ d2
шениями: для первой вытяжки mY = - £ f для второй вытяжки , для после-
D
дующих вытяжек тп = -f— -. Установив правильную величину коэффициентов вы-
dn-i
тяжки по операциям, находят размеры последующих вытяжек:
D; d2 = m2 d±\ dn = ffin dn_i,
а также количество операций вытяжки.
Величины коэффициентов вытяжки должны быть различными для деталей раз-
личной геометрической формы (прежде всего, для цилиндрических деталей с флан-
цем и без фланца), а также для различной относительной толщины материала, от
которой зависит большая или меньшая степень устойчивости фланца заготовки.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ ВЫТЯЖКЕ
149
Таблица 52. Коэффициенты вытяжки цилиндрических деталей без фланца
Обозначение коэффициентов вытяжки Значения коэффициентов при относительной толщине заготовки • 100 (в %)
2-1.5 1.5-1,0 1,0-0,5 0,5—0,2 0,2-0,06
т{ 0,46-0,50 0,50—0,53 0,53—0,56 0,56-0,58 0,58-0,60
0,70-0,72 0,72-0,74 0,74-0,76 0,76—0,78 0,78-0,80
т3 0,72—0,74 0,74—0,76 0,76-0,78 0,78—0,80 0,80—0,82
т4 0,74-0,76 0,76-0,78 0,78-0,80 0,80-0,82 0,82-0,84
1ПЬ 0,76-0,78 0,78—0,80 0,80-0,82 0,82-0,84 0,84-0,86
В табл. 52 приведены проверенные многолетней практикой и вновь откорректи-
рованные оптимальные значения коэффициентов вытяжки для цилиндрических де-
талей без фланца (при вытяжке с прижимом) в зависимости от относительной тол-
щины заготовки и относительного радиуса закругления пуансона и матрицы. Мень-
шие значения коэффициентов вытяжки соответствуют повышенной величине радиу-
сов закруглений на первых операциях (г = 8 ч- 15 S), а большие значения — малой
величине (г = 4 ч- 8 S). Приведенные коэффициенты относятся к стали для глубокой
вытяжки (08, ЮГ и 15Г) и мягкой латуни.
В случае вытяжки менее пластичных металлов (стали 20—25, Ст. 2, Ст. 3, дека-
пированная сталь, наклепанные алюминий и латунь и т. п.) коэффициенты вытяжки
следует брать на 1,5—2% больше, а при вытяжке более пластичных металлов (стали
05, 08 ВГ и 10ВГ, алюминий и др.) — на 1,5—2% меньше по сравнению со значе-
ниями, приведенными в табл. 52. В случае применения межоперационного отжига
коэффициенты вытяжки на последующих операциях можно брать на 3—5% меньше.
При вытяжке деталей из нержавеющей стали 1Х18Н9Т необходимо применять
межоперационный отжиг.
При вытяжке на многопозиционных прессах рекомендуется некоторое смягче-
ние коэффициентов вытяжки, что может привести к появлению лишнего перехода,
но не отразится на производительности пресса.
В связи с наблюдающейся тенденцией постепенного улучшения металлургиче-
скими заводами качества листового проката приведенные в табл. 52 коэффициенты
вытяжки могут быть в дальнейшем ужесточены.
Количество последующих операций вытяжки определяется принятыми коэф-
фициентами и может быть найдено по формуле
П ____In dn — In (mi D)
In m2 Inm2
где n — общее количество операций вытяжки;
dn — диаметр готовой детали в мм\
т2 — коэффициент вытяжки на второй и последующих операциях;
тс=^ — суммарный коэффициент вытяжки.
При технологических расчетах процессов зачастую требуемые размеры изделия
не совпадают с рассчитанными по коэффициентам. В этом случае необходимо вырав-
нять деформации по операциям, а коэффициенты вытяжки откорректировать в сто-
рону увеличения.
На рис. 116 приведено сопоставление логарифмических деформаций (см. стр. 111)
при вытяжке цилиндрических ^сталей за три операции [254]. Этот рисунок наглядно
150
ВЫТЯЖКА
поясняет физический смысл миогооперационной вытяжки — введение в очаг дефор-
мации новых недеформированных участков заготовки.
В рассматриваемом примере степень деформации распределена по операциям
не наилучшим образом — недостаточна степень вытяжки на первой операции и
несколько завышена на последующих. Вследствие этого на третьей операции полу-
чено слишком большое утонение в опасном сечении (точка С3) — утонение металла
здесь почти достигает величины деформации в радиальном направлении. Иначе
говоря, удлинение материала на закруглении происходит за счет утонения материала.
В то время как утонение материала в опасных сечениях резко возрастает, утолщение
края вытяжки увеличивается незначительно.
Перемещение точек F указывает на увеличение длины образующей (удлинение
в радиально-осевом направлении), в рассматриваемом примере равное 5,5 мм, что
значительно меньше увеличения высоты вытяжки, составляющей 31 мм.
Последующие операции вытяжки в случае относительно малой толщины мате-
риала < 2^ производятся с прижимом,а в случае относительно большой толщины
/5 \
(^->2) — без прижима заготовки.
Пример. Рассчитать количество операций и размеры переходов для вытяжки
цилиндрической детали наружным диаметром 92 мм и высотой 202 лм из стали 08
толщиной 2 мм.
Расчетный диаметр по средней линии составляет 90 мм.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ ВЫТЯЖКЕ
151
Находим припуск на обрезку по табл. 39. Для отношения = 2,4величина при-
пуска равна 8 мм. Таким образом, высота детали с припуском на обрезку составляет
h = 210 мм’.
Подсчитываем диаметр заготовки D по формуле (1) табл. 38; для d = 90 мм и
h = 210 мм D 290 мм.
$
Находим относительную толщину заготовки ^*100 = 0,69.
По табл. 52 (третья колонка) находим коэффициенты вытяжки = 0,54; т2 —
= 0,75; т3 = 0,77.
Диаметры переходов по средней линии:
di = 0,54*290 = 157 мм; d2 ~ 0,75-157 = 118 мм;
d3 = 0,77*118= 91 мм; берем d3 = 90 мм (задано);
90
тогда коэффициент последней вытяжки составит: т3 = = 0,76, что по табл. 52
По
допустимо. В тех случаях, когда последняя операция вытяжки получается недогру-
женной, необходимо выравнять степень деформации по операциям и откорректиро-
вать коэффициенты вытяжки в сторону некоторого их увеличения.
Для облегчения процесса вытяжки принимаем на первых двух операциях форму
переходов со скосом у дна (рис. 117), а на
последней операции — форму цилиндра
с требуемым радиусом закругления.
По формуле (15) табл. 38 или по
формулам табл. 55 подсчитываем по-
Рис. 117. К расчету процесса вытяжки Рис. 118. Образование складок при глу-
бокой вытяжке
операционную высоту вытягиваемых деталей: = 108 мм; h2 = 160 мм; h3 =
= 210 мм. Результаты полученных подсчетов являются исходными данными для
проектирования штампов, а также для определения усилия вытяжки и выбора
пресса.
Приведенные в табл. 52 величины коэффициентов первой вытяжки относятся
к способу вытяжки с прижимом-складкодержателем.
Применение складкодержателя вызывается необходимостью предотвращения
образования складок, возникающих в результате потери устойчивости заготовки
при глубокой вытяжке (рис. 118). Однако для процесса вытяжки прижим заготовки
нежелателен, так как он значительно увеличивает вредное сопротивление трения,
а следовательно, растягивающие напряжения в опасном сечении, и ухудшает условия
вытяжки. Кроме того, складкодержатель усложняет конструкцию штампа и удоро-
жает его.
152
ВЫТЯЖКА
Таким образом, необходимость применения прижима-складкодержателя зави-
сит от потери устойчивости заготовки при вытяжке, которая, в свою очередь, зависит
от степени деформации (коэффициента вытяжки), относительной толщины заготовки
и геометрии вытяжной матрицы.
Приближенное условие потери устойчивости заготовки [156]
с
100^4,5(1 —mj).
В ряде случаев вытяжка может быть произведена без прижима.
В табл. 53 приведены приближенные данные, характеризующие возможности
применения вытяжки без складкодержателя.
Таблица 53. Пределы применения вытяжки с прижимом
и без прижима заготовки
Способы вытяжки Относительная толщина А. ioo% Коэффициент вытяжки
/Л1
Вытяжка с прижимом 2-0,05 0,46-0,6 0,70—0,8
Вытяжка без прижима >3-1,0 0,60-0,8 0,78-0,9
При вытяжке без прижима-складкодержателя применяют матрицы конической
или криволинейной формы — по эвольвенте (рис. 119). В последнем случае дости-
жима более высокая степень деформации.
Рис. Н9. Профиль матричного отверстия при вытяжке без прижима: а — конический; б
криволинейный; в — криволинейный с закругленными рисками
В табл. 54 приведены предельно допустимые коэффициенты вытяжки без склад-
кодержателя в матрице конической формы с углом 60’ при различной относительной
толщине заготовки и различном отношении d2ldY.
На последующих операциях вытяжка без прижима применяется значительно
чаще. Этому способствует повышенная жесткость и устойчивость заготовки цилинд-
рической формы, получившей упрочнение на первой операции вытяжки. Точные
пределы вытяжки без прижима на последующих операциях еще не установлены.
Вытяжка без прижима должна найти применение при изготовлении цилиндри-
ческих, конических и даже квадратных изделий без фланца из относительно толстого
металла.
В мелкосерийном производстве может оказаться целесообразным введение до-
полнительной операции вытяжки в случае перехода на вытяжку без прижима и при-
менения простых и дешевых штампов.
Недавно предложен и внедрен способ первой операции вытяжки в штампе с ко-
нической матрицей и прижимом — рис. 120 [207, 252]. В этом случае сначала при-
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ ВЫТЯЖКЕ
153
жим формует фланец заготовки, а затем вытяжной пуансон производит полную или
частичную вытяжку \ При этом способе снижается усилие вытяжки и величина
напряжений в опасном сечении, благодаря чему за одну операцию возможно произ-
вести вытяжку с коэффициентами tn1 = 0,42 4- 0,46 (вместо обычных 0,52—0,56).
Угол а зависит от относительной толщины заготовки и коэффициента вытяжки.
Таблица 54. Предельная (наименьшая) величина коэффициентов вытяжки
в случае вытяжки без складкодержателя в штампе с конической матрицей
Отношение ^2 di Коэффициенты при относительной толщине заготовки
3.0 | 2,5 2.0 1.5 ' 1.0
0,6 0,50 0,52 0,54 0,56 0,58
0,7 0,58 0,60 0,62 0,64 0,66
0,8 0,66 0,68 0,70 0,72 <. 0,75
d отношение нижнего диаметра конуса матрицы к верхнему
Для повышения устойчивости относительно тонких материалов и уменьшения
угла а рекомендуется применять кроме
плоский прижим (по В. Селлину), предо-
храняющий от образования гофров по
краю заготовки.
При технологических расчетах много-
операционной вытяжки наряду с опреде-
лением количества и последовательности
операций необходимо подсчитать высоту
вытяжки на каждой операции. Эти данные
необходимы для конструирования штампа,
а также для определения величины рабо-
чего хода и закрытой высоты пресса.
В табл. 55 приведены формулы для
подсчета высоты цилиндрических деталей
(глубины вытяжки) на каждой операции,
основанные на принципе равенства площа-
дей поверхности изделий и заготовки [232].
Так как высота вытяжки зависит не только
конического дополнительный кольцевой
Рис. 120. Способ вытяжки с формующим
коническим прижимом (по Платонову н
Яиицкому)
от диаметра заготовки и диаметра детали (коэффициента вытяжки), но также и от
геометрической формы дна, то расчетные формулы установлены для деталей шести
разных типов.
При выводе расчетных формул приняты следующие условия и допущения:
1) для цилиндра с плоским дном принято г = 0;
2) для цилиндра с закруглениями у дна радиусы их взяты равными:
— ^2
2 '
^з
Г2= —9~
и т. д.;
1 Ю. В. Я н и цк и й и М. А. Платонов. Авт. свид. № I4228I от 29 сен-
тября 1901 г.
154
ВЫТЯЖКА
Таблица 55. Формулы для подсчета пооперационной высоты
вытяжки деталей цилиндрической формы [232]
Тип
Форма детали
Операция
вытяжки
Формулы
1 Цилиндр с плоским 1-я II о Кэ сл 1 а. —
дном и мал] закругления а) ым радиусом 2-я h2 = 0,25 (—- d^ \/Th/TZg 7 или h2 = — + 0,25^—— d2\ «г \т2 ]
1 1
п-я hn = 0,25 ( — - dn'\ ИЛИ hn = + 0,25- dn\ n ™n \ mn n)
-—а-—- г
1-я + 0,43 (dj + 0,32rL) di
2 Цилиндр радиусом за] дна б) с большим кругления у 2-я /12 = 0,25 (— + \ 171^2 / + 0,43 (+ + 0,32г2) «2 или при Г1 = Г2 = Г h2 = hl- + 0,25 - d2^ — «2 1 \/«2 / - 0,43 j- (dt - d2)
•и
п-я h" = °^(mmD m d") + \ гп^тъ - -. 77?n ! + 0,43 (d„ + O,32r„) или при rt = rn = r h„ = + 0,25 ( Aa _ d„\ - mn \ rnn n) -0,43 r.-(dn^-dn) un
— 6 t
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ ВЫТЯЖКЕ
155
Продолжение табл. 55
Тип Форма детали Операция вытяжки Формулы
3 1-я *.=«,»(“ 4+ + 0,57 j- (<4 + 0,86ат)
Цилиндр со скосом У дна (П 2-я й2=о,25(-^-- га 4-0,57-^ (d2 + 0,86o2) «2 или при a1 = cz2 = G /.2га +о,25 (А _га »'<2 \ ''^2 / - 0,57 (d, - d2)
1 1
<3 f п-я ft„ = 0,25f dJ + + 0,57^-(d„ + 0,86a„) an или при at = an = a ft„ = Al+o,25(Ai dn^ — mn ^ ' \ mn - 0,57 " (dn j - d„)' un
га •
4 1-я h.=0,25D ms
Цилиндр ским дном со сфериче- 2-я /12 = 0,25—^— пцт2 или h2= h' m2
£7 1
п-я hn=^ 0,25 1щт2...тп или hn=—n-^ mn —
г/
156
ВЫТЯЖКА
Продолжение табл. 55
Тип
Форма детали
Операция
вытяжки
Формулы
5
1-я
2-я
1-я
6
Цилиндр с широким
фланцем
П-Я
йг = 0,2з(— ----d2\ f-4-S
\mitn2 2) S2 т
hn = 0,25
D
mYm2 -.гпп
-|- 3,4 4г £
([) di,
-------f + 3,44/
тщ а2
или
h, = hi- - 0,86 -i 4- 0,86г»
Ш2 ™2
Л„ = 0,25(------------
или
hn = - 0,86+ 0,86г „
тп тп
Обозначения:
D — диаметр заготовки;
dlt d2, ..., dn — пооперационные диаметры детали;
/*1, г2» , гп — пооперационные радиусы закруглений;
Ci, o2i ••• > ап — пооперационные размеры скосов;
тъ т2» •••» тп~~ пооперационные коэффициенты вытяжки;
5, S2,..., Sn~ толщина заготовки и пооперационные толщины стенок детали;
йф — диаметр фланца.
3) для цилиндра со скосами у дна их катеты приняты равными:
Й1=^А; = а = 45°
(закругления у скосов не учитываем);
4) для цилиндра с широким фланцем радиусы закруглений у дна и фланца
приняты одинаковыми;
5) для всех форм (кроме цилиндра с утоненными стенками) изменение толщины
материала не учитывается, что в большинстве случаев несколько увеличивает факти-
ческую высоту вытяжки против расчетной.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ ВЫТЯЖКЕ
157
Высота вытяжки h должна включать необходимый припуск на обрезку неровного
края; следовательно, диаметр заготовки D должен быть подсчитан с учетом при-
пуска на обрезку.
При вытяжке деталей, не требующих большой точности размеров, подсчет про-
изводится по наружным размерам детали. В случае более точной вытяжки неболь-
ших деталей, учитывая утонение материала, подсчет производят по внутренним раз-
мерам; при вытяжке материала толщиной свыше 1 мм подсчеты производятся по
средней линии толщины стенок.
Многооперационная вытяжка при г= 0 практически не применяется. Радиус
закругления, близкий к нулю, получается только после операции калибровки.
С некоторой погрешностью формулы, соответствующие типу 1 (табл. 55), можно при-
менять для деталей с малым радиусом закругления у дна. При этом припуск на
обрезку можно не учитывать, так как вследствие принятого допущения (г = 0)
диаметр заготовки получается несколько увеличенным.
Ниже приведены табл. 56, 57 и 58, позволяющие найти высоту первой вытяжки
по заданным диаметру заготовки и коэффициенту вытяжки без каких-либо подсчетов
по формулам. При пользовании формулами коэффициенты вытяжки должны соот-
ветствовать допустимым. Их следует выбирать в зависимости от относительной
толщины заготовки по табл. 52.
Таблица 56. Высота цилиндрических деталей (в мм)
с малым радиусом закругления (табл. 55, эскиз а)
Диаметр заготовки в мм Высота детали на l-й операции при коэффициенте вытяжки mt
0,45 0.48 0,50 0,53 0,55 0,58 0,60
30 13 12 11 10 9,5 9
40 18 16 15 14 13 12
50 22 20 19 17 16 15
60 26 24 22 20 19 18
70 31 28 26 24 22 20 19
80 35 32 30 27 26 23 22
90 40 36 34 30 29 26 24
100 44 40 37 34 32 29 27
120 48 45 40 38 35 32
150 60 55 50 48 44 40
180 72 67 60 58 52 50
200 80 75 68 64 58 55
Следует предостеречь от применения многооперационной вытяжки высоких
цилиндрических (трубчатых) деталей малого диаметра, которые более целесообразно
изготовлять вытяжкой с утонением стенок, так как этот способ требует меньшего
количества операций. В ряде случаев такие детали целесообразно изготовлять мето-
дом холодного выдавливания (прессования, см. гл. V), при котором требуются одна-
две операции.
Реверсивная вытяжка (с выворачиванием). Реверсивная вытяжка представляет
собой в большинстве случаев соединение двух операций вытяжки, выполняемых за
158
ВЫТЯЖКА
один рабочий ход пресса, причем вторая вытяжка происходит в направлении, обрат-
ном первой, и сопровождается выворачиванием заготовки. При этом можно получить
более высокую степень деформации.
Таблица 57. Высота цилиндрических деталей (в мм)
с большим радиусом закругления у дна (табл. 55, эскиз б)
Диаметр заготовки в мм Высота деталей ht на I-й операции при коэффициенте вытяжки mt
0,45 0,48 0,50 0,53 0,55 0,59 0.60
30 14 13 12 11 10,5 10
40 19 17 16 15 14 13
50 23,5 21,5 20,5 17,5 16,5 15,5
60 28 26 24 22 21 20
70 33 30 28 26 24 22 21
80 37 34 32 29 28 25 24
90 42,5 38,5 36,5 32,5 32 29 27
100 47 43 40 37 35 32 30
120 52 49 44 42 39 36
150 65 60 55 53 49 45
180 77 72 65 63 57 55
200 86 81 74 70 64 61
Таблица 58. Высота цилиндрических деталей (в мм) со скосами у дна
(табл. 55, эскиз в)
Диаметр заготовки в мм Высота детали ht на 1-й операции при коэффициенте вытяжки
0,48 0,50 0,53 0,55 ; 0,58 0,60 0.62
120 53 50 45 43 40 37 —
150 66 61 56 52 50 46 —
180 79 74 67 65 59 57 —
200 88 83 76 72 66 63 58
250 ПО 103 95 10 83 78 73
300 132 122 114 108 98 92 86
350 154 144 134 126 116 108 102
400 176 166 1г>2 144 132 123 115
450 198 184 172 162 148 140 130
500 220 205 190 180 165 155 145
550 242 226 210 198 182 172 160
600 264 244 228 216 200 185 173
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ ВЫТЯЖКЕ
159
Этот способ применяется главным образом для вытяжки деталей крупных или
средних размеров при относительной толщине заготовки — - 100 > 0,25.
На рис. 121 показана последовательность вытяжки с выворачиванием (этапы а,
б, в) на прессе двойного действия крупной детали из стальной заготовки диаметром
965 мм и толщиной 2,5 мм.
На рис. 121, в, справа показано изменение толщины материала по высоте вытяжки,
достигающее в опасных сечениях (точки В и С) — 10%, а у края детали 4 30%.
Рис. 121. Процесс реверсив-
ной вытяжки (с выворачи-
ванием)
Рис. 122. Схема штампа для реверсивной вытяжки
Усилие вытяжки в данном случае составляет 200—250 7. Усилие нижнего при-
жима-выталкивателя 70—100 Т,
Скорость вытяжки v = 100 мм!сек.
На рис. 122 изображена схема штампа для реверсивной вытяжки на прессе
двойного действия. Справа показаны последовательные стадии формоизменения
заготовки (а — е).
Реверсивную вытяжку деталей средних размеров иногда производят одновре-
менно с вырубкой кружка, для чего в конструкцию штампа вводится вырубная мат-
рица, устанавливаемая над вытяжной.
В ряде случаев реверсивная вытяжка применяется и для одной последующей
операции вытяжки, с целью увеличения растягивающих и уменьшения сжимающих
напряжений. Это наиболее целесообразно при вытяжке деталей со сферическим н
коническим дном, а также деталей параболической или криволинейной формы.
Реверсивная вытяжка применяется также для изготовления двустенных полых
деталей.
Для реверсивной вытяжки требуется пресс с большой величиной хода (/i2 > 2/^
по рис. 122).
160
ВЫТЯЖКА
Технологические расчеты при вытяжке цилиндрических деталей
с широким фланцем
Технологические расчеты вытяжки цилиндрических деталей с фланцем имеют
ряд отличительных особенностей.
При вытяжке деталей с широким фланцем следует строго соблюдать основные
правила.
1. В первую операцию вытягивается деталь с заданным по чертежу диаметром
фланца (с прибавлением припуска на обрезку) при допустимых коэффициентах вы-
тяжки.
2. В последующих операциях производится перераспределение металла вытяну-
той цилиндрической части заготовки путем увеличения высоты и уменьшения диа-
метра вытяжки без деформирования фланца, полученного в первой операции, и без
изменения его диаметра (рис. 123, а). Это позволяет уменьшить очаг деформации и
значительно снизить величину напряжений в опасном сечении.
Рис. 123 Последовательность вытяж-
ки детали с широким фланцем (а) и
вытянутая деталь (б)
3. В первой операции в матрицу должно быть втянуто столько металла, сколько
требуется для образования окончательно вытянутой части изделия и металла, об-
ратно посаженного на плоскость фланца в последующих операциях (находится под-
счетом и графическим построением).
При вытяжке деталей с широким фланцем (рис. 123, б) обычный коэффициент
первой вытяжки m = ~ не дает правильного представления об общей степени дефор-
мации, так как эта зависимость сохраняется при любой глубине вытяжки из заго-
товки диаметром D и может быть отнесена к любому промежуточному положению.
При одном и том же диаметре вытягиваемого изделия d н одном и том же диа-
метре заготовки D величина указанного коэффициента вытяжки одинакова как для
детали с фланцем, так и без фланца,в то время как степень деформации при вытяжке
детали с фланцем значительно меньше, чем у детали без фланца. Применять эти коэф-
фициенты для расчета первой вытяжки деталей с фланцем не следует потому, что
оии применимы лишь при условии полной вытяжки фланца в цилиндрическую по-
верхность детали, что не осуществляется при вытяжке деталей с фланцем. В крайнем
случае при их применении необходимо вводить соответствующие поправки.
В технологических расчетах вытяжки деталей с широким фланцем более целе-
сообразно пользоваться такими показателями или коэффициентами, которые пол-
ностью соответствовали бы осуществляемой степени деформации. В качестве такого
показателя автором предложен условный коэффициент первой
вытяжки, представляющий собой отношение диаметра вытянутой части d к диа-
метру той за готовки, котор а я понадобилась бы для изготовления стакана диаметром d
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ ВЫТЯЖКЕ
161
и высотой h
Диаметр условной заготовки находится изложенными выше методами
(см. табл. 38).
Приближенно (пренебрегая радиусами закруглений) условный коэффициент
вытяжки равен
d
mv = г •
у +
1
а более точно, с учетом радиусов закруглений у фланца и дна,
1
П1у = -----: : - I,
|/ !+<*+<(«+ '- Ij^
где h — высота цилиндрической части детали.
Так как величина возможной степени деформации (или глубина вытяжки) зави-
сит от величины фланца, то и предельно допустимая величина условного коэффи-
циента первой вытяжки зависит от относительной величины фланца d^/d. Кроме того,
как и при вытяжке деталей без фланца, величина коэффициентов вытяжки зависит
от относительной толщины заготовки, определяющей большую или меньшую устой-
чивость фланца.
Таблица 59. Оптимальная величина условных коэффициентов
первой вытяжки деталей с фланцем (для стали 10)
Отношени аф d Условные коэффициенты первой вытяжки т при относительной S ? толщине заготовки --• 100
2-1,5 1,5-1,0 | 1,0—0,5 0,5—0,2 2,0-0,06
До 1,1 0,46-0,50 0,50- 0,53 0,53-0,56 0,56-0,58 0,58-0,60
1,5 0,52-0,56 0,56—0,58 0,58-0,60 0,60-0,62 0,62-0,64
2,0 0,58-0,62 0,62 - 0,64 0,64-0,66 0,66-0,68 0,68 - 0,70
2,5 0,65-0,68 0,68-0,70 0,70-0,73 0,73-0,75 0,75-0,78
2,8 0,70-0,74 0,74—0,78 0,78-0,80 0,80-0,82 0,82-0,85
В табл. 59 приведены оптимальные значения условных коэффициентов первой
вытяжки деталей с фланцем при различной относительной величине фланца в зави-
симости от относительной толщины заготовки.
При диаметре фланца, близком к диаметру вытяжки (d^ ^d), условные коэф-
фициенты вытяжки соответствуют коэффициентам первой вытяжки цилиндрических
деталей без фланца (см. табл. 52). Для промежуточных значений d^/d следует брать
промежуточные величины условных Коэффициентов вытяжки.
Оптимальная величина условных коэффициентов вытяжки позволяет решить
вопрос о возможности вытяжки детали с фланцем в одну или несколько операций.
Если по чертежу готовой детали условный коэффициент вытяжки для цилинд-
рической части находится в указанных в табл. 59 пределах или больше их, то такая
деталь может быть вытянута в одну операцию.
Если же коэффициент вытяжки меньше указанных в таблице для соответствую-
щих значений d^/d и S/D-100, то необходима вытяжка в несколько операций. При
6 Романовский В. П.
162
ВЫТЯЖКА
этом первая операция вытяжки должна быть несколько большего диаметра (dx),
но при том же наружном диаметре фланца dg> с тем, чтобы при меньшем отношении
d(f)/d1 условный коэффициент вытяжки не был меньше приведенных в табл. 59. Вто-
рым условием является равенство полной поверхности детали, вытянутой на первой
операции, площади поверхности плоской заготовки. Из этого условия находится
высота вытяжки.
Наряду с оптимальными значениями условных коэффициентов первой вытяжки
деталей с фланцем приводим приблизительно соответствующие им по степени дефор-
мации значения обычных коэффициентов первой вытяжки ~ с градацией по
относительной величине фланца (табл. 60).
Таблица 60. Наименьшие величины коэффициентов первой вытяжки
для цилиндрических деталей с фланцем
Относительный диаметр фланца Величины коэффициентов при относительной толщине заготовки 4-.00
2-1,5 | 1.5—1,0 1,0- 0.5 0.5 -0.2 0.2-0.06
До 1,1 0,50 0,53 0,55 0,57 0,59
1,3 0,49 0,51 0,53 0,54 0,55
1,5 0,47 0,49 0,50 0,51 0,52
1,8 0,45 0,46 0,47 0.48 0,48
2,0 0,42 0,43 0,44 0,45 0,45
2,2 0,40 0,41 0,42 0,42 0,42
2,5 0,37 0,38 0,38 0,38 0,38
2,8 0,33 0,34 0,34 0,35 0,35
Из сопоставления табл. 59 и 60 видно, что предельно допустимые величины
dt
D
коэффициентов первой вытяжки т1 =
не увеличиваются, а уменьшаются по мере
увеличения размеров фланца. Это не находится в противоречии с физическим смыс-
лом этих коэффициентов вытяжки, так как постепенное уменьшение величины коэф-
фициентов первой вытяжки в табл. 60 отнюдь не означает увеличения степени дефор-
мации, а является результатом увеличения размеров фланца и уменьшения числен-
ной величины отношения d/D. Причины этого были приведены выше.
При первой вытяжке цилиндрических деталей с фланцем степень деформации
может быть выражена также через наибольшую относительную глубину вытяжки
h/d (табл. 61).
Если деталь с заданными отношениями dgjdt r/S и S/D имеет большую относи-
тельную глубину h/d, чем указано в табл. 61, то она не может быть вытянута за одну
операцию. В этом случае необходимо производить первую вытяжку увеличенного
диаметра при одновременном получении требуемого наружного диаметра фланца.
Следовательно, вытяжка должна быть осуществлена при меньшем отношении d^/d,
причем относительная глубина вытяжки не должна превышать указанной в табл. 61
величины.
Дальнейшие операции вытяжки деталей с фланцем заключаются в перетяжке
цилиндрической части в цилиндр меньшего диаметра без изменения наружного
размера фланца (рис. 124). Следовательно, на последующих операциях вытяжка
должна быть произведена на такую глубину, чтобы фланец, полученный в первую
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ ВЫТЯЖКЕ
163
операцию, не вытягивался., а наружный размер его ие уменьшался. Из этого условия
определяется точная высота вытяжки и радиусы закруглений.
Таблица 61. Приближенные значения относительной глубины
первой вытяжки hjd цилиндрических деталей с фланцем
Относительный диаметр фланца Vd Зиачеиия h/d при относительной толщине заготовки в %
2-1,5 1,5—1,0 1,0-03 | 03-0,2 0,2—0,06
До 1,1 0,90-0,75 0,82—0,60 0,70-0,57 0,62-0,50 0,52—0,45
1,3 0,80—0,65 0,72-0,56 0,60—0,50 0,53—0,45 0,47-0,40
1,5 0,70—0,58 0,63-0,50 0,53-0,45 0,48-0,40 0,42—0,35
1,8 0,58-0,48 0,53-0,42 0,44—0,37 0,39—0,34 0,35-0,29
2,0 0,51-0,42 0,46-0,36 0,38-0,32 0,34—0,29 0,30—0,25
2,2 0,45-0,35 0,40-0,31 0,33-0,27 0,29-0,25 0,26-0,22
2,5 0,35-0,28 0,32-0,25 0,27-0,22 0,23 -0,20 0,21-0,17
2,8 0,27-0,22 0,24-0,19 0,21-0,17 0,18—0,15 0,16-0,13
Примечание. Бблыиие значения соответствуют увеличенным радиусам закругле-
ний (от r=104-12,S для • 100=2-4-1.5 до r = 204-25S для • 100—0,24-0,06). Меньшие
значения соответствуют уменьшенным радиусам закруглений у дна и фланца (г^44-85)
В большинстве случаев последующие операции вытяжки деталей с фланцем
выполняются на штампах с пружинным прижимом или съемником. Последние бла-
гоприятствуют процессу вытяжки, так как со-
здают заталкивающее действие иа заготовку,
уменьшающее величину растягивающих напря-
жений в опасном сечении.
Количество последующих операций опре-
деляется необходимостью перетяжки диаметра
первой вытяжки в требуемый диаметр дета-
ли dn. Технологические расчеты переходов про-
изводятся по коэффициентам вытяжки, не зави-
сящим от размера фланца
Рис. 124. Схема последующей вы-
тяжки детали с широким фланцем
Величина этих коэффициентов может быть
взята равной коэффициентам вытяжки цилиндри-
ческих деталей без фланца (см. табл. 52).
Однако для построения технологических
переходов одного расчетного измерения диа-
метра вытяжки недостаточно.
Условие неизменности наружного размера фланца и недопустимости растяги-
вающих напряжений па последующих операциях требует тщательного подсчета пере-
распределения металла по переходам.
Основой подсчета является постоянство объема или площади поверх-
ности металла заготовки
F=4e + f(f>+ {пл = Л + 1пл = COnSt.
где — площадь поверхности металла, втягиваемого в матрицу на 1-й операции.
6*
164
ВЫТЯЖКА
Эта поверхность в процессе вытяжки постепенно уменьшается и составляет:
на 1-й вытяжке
на 2-й вытяжке
на 3-й вытяжке
на n-й вытяжке
= 1ф'
Здесь (пл — площадь поверхности плоского фланца на первой операции;
fe — площадь поверхности вытянутой части готовой детали;
1ф — площадь поверхности части фланца, втянутого на первой операции
в матрицу для возможности вытяжки увеличенного диаметра d± > dr
равная {ф = F— (f,, +
п — число операций вытяжки.
В случае многооперационной вытяжки деталей с фланцем из относительно
толстых заготовок »100 > 2 j, у которых на последующих операциях вытяжки
происходит небольшая посадка металла и утолщение фланца, расчетное количество
металла, втягиваемого в матрицу на первой операции вытяжки, следует увеличить
на 3—5%.
После установления коэффициентов вытяжки и определения количества опера-
ций находят последовательность изменения диаметров вытяжки, одновременно уста-
навливая постепенно уменьшающиеся радиусы закруглений.
Подсчет равномерного перераспределения металла, производимый на основе
неизменности объема металла, сводится к определению высоты (глубины) вытяжки
на каждом переходе (операции). При этом подсчет поверхности производится по сред-
ней линии толщины заготовки. Поверхность каждого перехода разбивают на эле-
менты, имеющие геометрически простую форму поверхности, и подсчитывают их
площади по формулам, приведенным в табл. 37.
Искомой величиной является высота (глубина) вытяжки, которую находят,
приравнивая сумму площадей элементарных поверхностей площади поверхности
заготовки. Так, для детали диаметром dnt показанной на рис. 124, сумма площадей
составляет
2/л = т [<% - + 2гп)21 + l2n (dn + 2гп) rn - 8г2] + ndn (hn - 2rn) +
тг зт
+ £ |2л (d„ - 2г„) + 8г« ] + -4- (d„ - 2г„)2 = F3ai.
Однако совсем не обязательно производить все эти подсчеты.
Определив диаметры вытяжек и выбрав радиусы закруглений, глубину вытяжки
можИО найти Непосредственно по конечным формулам:
для 1-й вытяжки
*> = -
ДЛЯ n-й ВЫТЯЖКИ
hn = 4d„ + 0,86г„;
где Й1(...» hn — полная высота деталей (от дна до фланца).
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ ВЫТЯЖКЕ
165
Приравнивая площади поверхности по операциям Flt F2, можно выразить
глубину последующей цилиндрической вытяжки через известную глубину преды-
дущей
йг = J й, - 0,86 Г1^-7Г2<<2
«2 <4
или
йг = ^—®18^+0,86г2,
й т2 2
соответственно (кроме п = 1)
^ = -7--~^,86ГлЛ + 0.86гв,
тп
где т2 и тп — коэффициенты вытяжки
на соответствующих операциях.
0/4/7
Операция 5
Операция 3
М.5
Операция 4
Толщина материала 17.мм
Рис.
125. Пример последовательной вытяжки детали с широким фланцем
Указанные формулы действительны для цилиндрической формы переходов
при условии равенства радиусов закруглений у дна и фланца. В случае разной
166
ВЫТЯЖКА
величины радиусов закруглений расчетные формулы приобретают следующий вид:
h‘ - -<'* + '’> f »14 - »«]
+I '•14 - Н
Сумма площадей элементарных поверхностей может быть подсчитана по схеме,
в которой высота h относится к цилиндрической части, а не к полной высоте вытяжки
(см. табл. 38). Но в этом случае конечные расчет-
Рис. 126. Последовательность
вытяжки детали с наклонным
фланцем
ные формулы для определения h получаются более
сложными.
Если же геометрическая форма вытяжки более
сложная, например полусферическая, коническая,
ступенчатая или иная, подсчет перераспределения
металла производят по геометрическим формулам
элементов поверхности или по правилу Гюльдена
(см. стр. 126).
На рис. 125 приведен пример последователь-
ной вытяжки деталей с широким фланцем без из-
менения его диаметра по операциям. На рис. 126
показана вытяжка деталей с наклонным (косым)
фланцем.
Глубокая вытяжка деталей с небольшим флан-
. h Д
цем — = 1,1 4- 1,4 при 7 > 1 I производится
\ а а /
обычным способом — путем вытяжки на первой
операции цилиндрической заготовки без фланца,
перетяжки ее на последующих операциях с обра-
зованием конического фланца (в результате вытя-
гивания металла из-под конусного прижима) и
правки его на плоскость.
Техиологические расчеты
при последовательной вытяжке в ленте
Технологические расчеты процесса последова-
тельной вытяжки в ленте заключаются в выборе
способа штамповки (однорядная или многорядная,
с надрезкой ленты или в целой ленте), в определении числа вытяжных переходов
и их диаметров, в распределении перетягиваемого металла по отдельным перехо-
дам и подсчете высоты вытяжки по переходам, в распределении по позициям
штампа прочих переходов — калибровки, пробивки, обрезки и т. п.
В результате расчетов получаем технологическую схему последовательной
штамповки, в соответствии с которой разрабатывается конструкция штампа.
Существуют два технологически различных способа последовательной вытяжки
в ленте: вытяжка в целой лейте (а) и вытяжка с надрезкой ленты или вырезкой про-
межутков (рис. 127, 6).
Первый способ применяется при вытяжке мелких деталей из относительно тол-
стого и пластичного материала при малой величине фланца;
S^0,05d; = (1,1 4- 1,2) d.
где с!ф — диаметр фланца;
d — диаметр готовой детали.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ ВЫТЯЖКЕ
167
Второй способ применяется при вытяжке деталей из относительно тонкого мате-
риала, а также деталей с широким фланцем:
S<0,05d; d^>l,2d.
Первый способ более экономичен по расходу материала, но применяется глав-
ным образом для многорядной вытяжки небольших цилиндрических деталей. Вто-
рой способ дает несколько большую величину отходов, но более универсален и при-
меним для вытяжки деталей цилиндрической, конической, прямоугольной и слож-
ной форм.
су л
' деталь
8 лер. лер. 6 пер. 5 пер У пер.З пер. 2 пер. / пер.
9 пер 8 пер. 7 пер, 6 пер. 5 пер. У пер.3 пер. 2 пер. 1 пер.
Рис. 127. Последовательность вытяжки в ленте
Размеры заготовок при вытяжке в ленте подсчитываются различно для вытяжки
в ленте с надрезами и в целой ленте. И в том и другом способах подсчет размеров
заготовки и перераспределение материала по переходам следует производить весьма
точно по средней толщине детали с учетом всех радиусов закруглений.
При вытяжке с надрезкой ленты размеры заготовок определяют как при вы-
тяжке из штучных заготовок, исходя из равенства площадей поверхности заготовки
и вытягиваемой детали и принимая, что средняя толщина стеной равна толщине
исходной заготовки. В этом случае применяют формулы площадей элементов поверх-
ности (см. табл. 37) или способ подсчета, основанный на правиле Гюльдена
(см. стр. 126).
Приравнивая суммарную площадь поверхности детали поверхности круглой
заготовки, находим ее диаметр по формуле
D = 1,13 = 2,83 УИг.
При вытяжке в целой ленте определяют диаметр условной заготовки, учитывая
коэффициент утонения материала, равный при однорядной вытяжке а = 0,96 -5- 0,98,
а при многорядной вытяжке а — 0,92 ч- 0,95.
Так как при вытяжке в целой ленте первая вытяжка делается несколько боль-
ших размеров, чем требуется для образования готовой детали, то диаметр условной
заготовки берется больше расчетного на 8—10%
Dy 1,2 KW = 3,0УМ.
Па рис. 128 приведены наиболее распространенные типы раскроя и надрезов
ленты.
168
ВЫТЯЖКА
Рассмотрим определение ширины ленты для этих случаев, а также для вытяжки
в целой ленте. Фактический размер заготовки берется больше расчетного на величину
припуска b на кольцевой отход при вырезке
D3 = D + b.
где D3 — фактический диаметр заготовки;
D — расчетный диаметр заготовки в мм\
b — припуск на обрезку в мм.
Величина припуска на обрезку (на диаметр) приведена в табл. 62.
Фактическая ширина кольцевого отхода будет несколько больше расчетной
Рис. 128. Наиболее распространенные типы
раскроя и надрезов ленты
вследствие растяжения материала при
вытяжке.
Ширина ленты для трех типов рас-
кроя, приведенных на рис. 128, опре-
деляется по следующим формулам:
для раскроя с двойным надрезом
(рис. 128, а)
В = -|- 4^;
для раскроя с вырезкой проме-
жутков (рис. 128, б)
В = А -|- 2п2 =
= (1,0 4- 1,05) (D + Ь) + 2^;
для раскроя с вырезкой промежут-
ков и наружной обрезкой (рис. 128, в)
В = D3 = D + 6;
для однорядной вытяжки в целой
ленте
B = Dy + 2n1= 1,1 D + 2nv
Наиболее экономичным по расхо-
ду материалов и наиболее удобным
в производстве является раскрой с вы-
резкой промежутков и наружной обрез-
кой (рис. 128, в).
Шаг подачи для вытяжкн с надрезом ленты Н = D3 + п, а для вытяжки в целой
ленте Н = Ьу.
Величина перемычек при последовательной вытяжке в ленте приведена в табл. 63.
Таблица 62. Величина диаметрального припуска на обрезку b (в мм)
Расчетный диаметр заготовки в мм Припуск при толщине ленты в мм
0,2 0,3 0,5 0,6 0.8 1.0 1.2 1 »-5 2,0 2Л 3,0
До 10 1,2 1.0 1,2 1,5 1,8 2,0 —
10-30 1,2 1,2 1,5 1,8 2,0 2,2 2.5 3,0 — — —
30-60 1,2 1,5 1,8 2,0 2,2 2,5 2,8 3,0 3,5 4 5
Свыше 60 — — 2,0 2,2 2,5 з,о 3,5 4,0 4,5 5 6
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ ВЫТЯЖКЕ
169
Таблица 63. Величина перемычек при последовательной вытяжке
в ленте (в мм)
Размеры заготовок D3 в мм Перемычки между деталями п Величина боковых перемычек
при вытяжке в це- лой ленте rii при вытяжке с надреза- ми или вырезами л2
До 10 1-1,5 1-1.5 1,5-2
10-30 1,5—2 1,5 -2 2 -2,5
Свыше 30 2 -2,5 2-2,5 2,5—3
В случае применения последовательно-вытяжных штампов с боковыми шаго-
выми ножами ширина ленты соответственно увеличивается на двойную ширину
кромки срезаемой ножом (при одном шаговом ноже — на одну ширину).
Штампы с боковыми шаговыми ножами применяют в основном при ручной
подаче заготовки. При последовательной вытяжке в ленте
шаговые ножи не являются необходимыми, так как получен-
ная на первых переходах в ленте сферическая
выпуклость позволяет центрировать ее по гнез-
дам матриц следующих переходов, пока ленТа
не дойдет до постоянного или автоматического
упора.
Ширина срезаемой кромки должна быть
несколько больше погрешности резки полос или
допусков по ширине ленты. Ширина кромки,
срезаемой шаговым ножом, приведена в табл. 64.
После определения размеров заготовки и
ширины ленты производят расчет числа и диа-
метров вытяжных переходов.
Число вытяжных переходов при последова-
тельной вытяжке в надрезанной ленте опреде-
ляется по допустимой степени деформации,
аналогично вытяжке деталей с фланцем, но с
коррективами, учитывающими повышенную ско-
Таблица 64. Ширина кромки,
срезаемой боковым шаговым
ножом
Толщина материала в мм Ширина срезае- мой кромки в мм
До 0,5 0,6-1,0
0,5-1,2 1,0- 1,5
1,5- 2,5 1,5-2,0
2,5-3,5 2,0-2,5
рость вытяжки при работе на быстроходных прессах. Для определения допусти-
мой величины первой вытяжки можно пользоваться условными коэффициентами
первой вытяжки, предназначенными для расчета вытяжки деталей с фланцем.
Величина условных коэффициентов = первой вытяжки применительно
к последовательной вытяжке в ленте приведена в табл. 65.
Наряду с указанными коэффициентами Приводим соответствующие им по сте-
пени деформации наименьшие величины коэффициентов первой вытяжки тг —
деталей с фланцем (табл. 66).
Уменьшение величины коэффициента первой вытяжки с увеличением диаметра
фланца отнюдь не означает увеличения степени деформации, а является ре-
зультатом увеличения размеров фланца и уменьшения численной величины отно-
шения d/D.
Технологические расчеты первой вытяжки в ленте можно также производить
по допустимой глубине первой вытяжки, приведенной в табл. 67.
При технологических расчетах первой вытяжки в ленте не всегда приходится
пользоваться приведенными выше коэффициентами вытяжки. В ряде случаев доста-
точно руководствоваться следующими указаниями.
170
ВЫТЯЖКА
Таблица 65. Величина
условных коэффициентов
первой вытяжки в ленте
Относи- тельный диаметр фланца Коэффициенты при относи- тельной толщине заготовки 4-»
2-1,5 1,5-1 1-0,5
До 1,1 0,50 0,53 0,55
1,5 0,56 0,58 0,60
2,0 0,62 0,64 0,66
2Д 0,68 0,70 0,73
Таблица 66. Наименьшие
величины коэффициентов первой
вытяжки для цилиндрических
деталей с фланцем
Отно- шение Коэффициенты при относи- тельной толщине заготовки 4-
2-1,5 1,5-1,0 1,0-0,5
1,1 0,51 0,53 0,55
1,5 0,47 0,49 0,50
2,0 0,42 0,43 0,44
2,5 0,37 0,38 0,38
1. Первая вытяжка в надрезанной ленте производится до получения фланца
требуемого размера, который'остается неизменным на последующих переходах.
2. Большая часть поверхности заготовки должна быть втянута в матрицу первой
вытяжки. Плоской часрйо заготовки на первой вытяжке в некоторых случаях может
оставаться лишь припуск на обрезку и соединительные мостики с перемычками.
3. При вытяжке относительно толстых заготовок^ • 100 >2^расчетное коли-
чество металла, втягиваемое в матрицу первой вытяжки, увеличивается на 3—5%.
4. Как правило, при последовательной вытяжке в ленте не следует стремиться
к уменьшению числа вытяжных переходов, так как это не приводит к увеличению
производительности. В большинстве случаев для большей надежности процесса
последовательной штамповки целесообразно смягчить расчетные коэффициенты и
ввести дополнительный вытяжной переход.
Количество последующих переходов вытяжки определяется необходимостью
перетяжки цилиндра диаметром в деталь требуемого диаметра, без изменения
наружного размера фланца. Технологические расчеты этих переходов производятся
по коэффициентам вытяжки, не связанным с размером фланца,
Величина этих коэффициентов приведена в табл. 68.
Таблица 67. Относительная
глубина первой вытяжки (h/dt)
в надрезанной ленте
Отно- шение Vdi Глубина при относительной толщине заготовки
2-1,5 1,5-1,0 1.0-0,5
1,1 0,75 0,65 0,56
1,5 0,58 0,50 0,45
2,0 0,42 0.36 0,32
2,5 0,28 0,25 0,22
Таблица 68. Коэффициенты
последующих вытяжек деталей
с фланцем в надрезанной ленте
Обозна- чения коэффи- циентов Величина коэффициентов при относительной толщине заготовки -р- • 100
2—1.5 1,5-1,0 1,0—0,5
0,73 0,75 0,76
т3 0,75 0,78 0,79
т4 0,78 0,80 0,82
тъ 0,80 0,82 0,84
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ ВЫТЯЖКЕ
171
Диаметры вытяжек обычно подсчитывают по внутренним размерам переходов,
иначе говоря, по рабочим размерам вытяжных пуансонов, чего нельзя делать при
подсчете перераспределения металла по переходам.
При последовательной вытяжке в целой ленте условия вытяжки ухудшаются,
так как возникает неравномерность деформации в продольном и поперечном направ-
лениях, образование складок у края ленты и увеличение растягивающих напряже-
ний в опасном сечении. Поэтому при последовательной вытяжке в целой ленте степень
деформации по переходам уменьшают, применяя большую величину коэффициентов
вытяжки.
В табл. 69 приведены приближенные значения допустимой глубины первой
вытяжки в целой ленте, а в табл. 70 — приближенные величины коэффициентов
последующих вытяжек в целой ленте.
Таблица 69. Допустимая
относительная глубина h!dv первой
вытяжки в целой ленте
Отно- шение Глубина прн относительной толщине заготовки
Свыше 2,0 ! 2.0-1,0 1,0—0,5
1,3 0,45 0.40 0,35
1,5 0,40 0,36 0,32
2,0 0,35 0,32 030
Таблица 70. Коэффициенты
последующих вытяжек
в целой ленте
Обозна- чения коэффи- циентов Величина коэффициентов при относительной толщине заготовки -^-«100
Свыше 2,о| 2,0-1,0 1,0—0,5
0,80 0,82 0,85
т2 0.82 0,84 0,87
т4 0,85 0,87 0,90
0,87 0,89 0,92
Условие неизменности наружного размера фланца при последовательной вы-
тяжке в ленте требует тщательного подсчета равномерного перераспределения металла
по переходам. Этот подсчет сводится к установлению постепенно уменьшающихся
радиусов закруглений и определению высоты (глубины) вытяжки на каждом пере-
ходе (позиции). Так же, как и при вытяжке деталей с широким фланцем, основой
подсчета является постоянство объема (или площади поверхности) металла заготовки
по переходам.
Площадь поверхности металла, втянутого на первой операции в матрицу, посте-
пенно уменьшается в процессе вытяжки. Поверхность каждого перехода (по средней
линии толщины заготовки) разбивают на элементы, имеющие геометрически простую
форму поверхности. Затем подсчитывают, их площади по формулам, приведенным
в табл. 37. Неизвестной величиной остается высота (глубина) вытяжки, которую
находят, приравнивая сумму площадей элементарных поверхностей площади поверх-
ности заготовки. Схема подсчета остается той же, что и для вытяжки деталей с широ-
ким фланцем (стр. 160). Так же, как и в первом случае, совсем не обязательно про-
изводить эти геометрические пЪдсчеты.
Зная диаметры вытяжек по переходам и выбрав радиусы закруглений, глубину
вытяжки можно найти по конечным формулам:
для 1-й вытяжки
Л1=——^ + 0,S6ri;
для n-й вытяжки
D2 —
—4^ + 0.860,,
а также по другим формулам, приведенным на стр. 166.
Здесь hlt..., hn — полная высота перехода (от дна до фланца).
172
ВЫТЯЖКА
В случае сложной формы переходов (полусферическая, коническая, ступенчатая)
подсчет перераспределения металла производят по правилу Гюльдена (см. стр. 126).
При вытяжке деталей без фланца или с нинтожно малым фланцем отсутствует
поверхность, втягиваемая на первой вытяжке и уменьшаемая на последующих вы-
тяжных переходах. Однако правило последовательной вытяжки в ленте должно
быть сохранено. При этом размеры заготовки увеличиваются на ширину техноло-
гического фланца, который на первой вытяжке втягивается в матрицу, а на операции
обрезки удаляется в отход. Ширина ленты должна быть соответственно увеличена.
Этот же подсчет применяется и в случае вытяжки в целой ленте, так как этим
способом в основном изготовляются детали с весьма малым фланцем.
На первой вытяжке происходит небольшое растяжение металла и увеличение
его поверхности, особенно при вытяжке в целой ленте. Этот излишне набранный
металл расходуется в дальнейшем на утолщение фланца по переходам.
Высота вытяжных переходов зависит от степени уменьшения диаметра вытяжки
и радиусов закруглений по переходам, причем их влияние взаимно противоположно:
уменьшение диаметра увеличивает, а уменьшение радиусов закругления уменьшает
высоту вытяжки (при том же количестве перераспределяемого материала и при усло-
вии неизменяемости диаметра фланца). В случае уменьшения радиуса закругления
пуансона высота вытяжки уменьшается на величину
Aft 0,43 (гг — г2),
где и г2 — больший и меньший радиусы закругления пуансона.
При одновременном уменьшении одинаковых радиусов закругления у дна и
фланца (без изменения диаметра) высота вытяжки уменьшится на величину
АЛ = 0,86 (/1 — г2)
Поэтому при калибровке детали, сопровождаемой резким уменьшением радиусов
закруглений, высота вытяжки заметно уменьшается.
Высота вытяжного перехода при одновременном уменьшении и диаметра и
радиусов закруглений определяется по формулам, приведенным на стр. 165.
При последовательной вытяжке в ленте радиусы закруглений матрицы берут
меньшей величины, чем для обычной вытяжки (табл. 71).
Таблица 71. Радиусы закруглений пуансона и матрицы
при последовательной вытяжке в ленте
Вытяжные переходы Радиусы закруглений прн относительной толщине £ заготовки — 400
Свыше 2,0 | 2,0—1,0 1,0—0,5
Первая вытяжка (3-j-4)S (4 ч-5)5 (5 ч- 6) S
Последующие вытяжки (0,6 ч-0,7) (0,65 ч-0,7) (0,7 ч- 0,8) г„_,
Радиусы закруглений матрицы должны постепенно уменьшаться по переходам.
Иногда при вытяжке мелких деталей применяют одинаковые радиусы закругления
матрицы от второго до последнего вытяжного перехода с добавлением последующей
калибровки. При калибровке практически достижимо уменьшение радиуса закруг-
ления от 2 до 5 раз.
Радиус закругления пуансона в случае вытяжки деталей средних размеров
берется равным, а при вытяжке мелких деталей — несколько больше радиуса
закругления матрицы.
Первая вытяжка в последовательных штампах должна производиться с предва-
рительным прижимом заготовки к матрице, а на последующих вытяжках прижим
необходим лишь в конце хода для правки фланца.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ ВЫТЯЖКЕ
173
При последовательной вытяжке достаточно жестких деталей целесообразно,
чтобы пружинный съемник производил заталкивание металла в матрицы, а следова-
тельно, уменьшал растягивающие напряжения в опасном сечении. В случае недоста-
точно жестких мнущихся деталей это недопустимо, вследствие чего ход съемника
вниз ограничивают различными способами.
При вытяжке удлиненных деталей весьма малого диаметра на последних пере-
ходах пуансоны иногда не ставят, а вытяжку производят путем вдавливания загото-
вок в матрицу прижимом.
Отладка последовательно-вытяжных штампов производится путем шлифовки
(доводки) диаметра, длины и радиусов закруглений рабочей части пуансонов, а также
закруглений вытяжных матриц.
Рис. 129. Схема последовательной вытяжки колпачка с лепестком
На рис. 129 приведен двухрядный раскрой ленты и технологическая схема штампа
для изготовления колпачка с лепестком. В данном случае применена оригинальная
угловая форма надрезов ленты, облегчающих процесс первой вытяжки.
Пример. Рассчитать заготовку, количество переходов и их размеры для после-
довательной вытяжки детали, показанной на рис. 130, а. Материал — никелевая
лента толщиной 0,2 мм.
Начисляем диаметральный припуск на обрезку фланца — 2 мм. Технологиче-
ский диаметр фланца равен 10 мм.
Для подсчета размеров заготовки разбиваем поверхность детали на шесть гео-
метрически простых поверхностей (Flt F%,..., Fn на рис. 130, б) и подсчитываем пло-
щади их поверхности по средней линии толщины м-а т е р и а л а:
„ лсР 3,14-3,42 _
4 4
Г2 = л dli = 3,14 • 3,4 • 2,1 = 22,43 мМ\
F3 = л (DL — 2Rh) = 3,14 (5,0,0,86 — 2 • 1,1 • 0,77) = 9,8 мМ\
174
ВЫТЯЖКА
где
L 4W = °»86лои; а = 50**;
h = 0,77 лш;
Г4 = л (DL + 2Rh) = 3,14 (2,5 • 1,06 + 2 • 1,2 - 0,91) = 15,16 мм\
где
г xRa .
L = -jgg- = 1,06 мм;
h — 1,2 sin 50° — 0,91 мм;
Fb = n,Dh = 3A4-4,9 -1,8 = 27,70лш2;
Fe = Д (d| — dj) = 0,785 (102 — 5,12) = 58,09 мм*
Общая площадь поверхности ..., Fe = 142,24 мл?. Диаметр заготовки
D = 1,13/143 = 13,52 13,6 мм.
$
Относительная толщина заготовки у 100= 1,5.
Принимаем однорядный раскрой ленты с вырезкой промежутков. Ширина ленты
16 мм.
Рис. 130. К расчету последовательной вытяжкн в ленте
Ввиду очень тонкого легко мнущегося материала заготовки необходимо обеспе-
чить большую надежность процесса последовательной вытяжки в ленте. С этой целью
применяем смягченные (по сравнению с приведенными в таблицах) расчетные коэф-
фициенты вытяжки и определяем наружные диаметры вытяжки.
1-я вытяжка: тх = 0,59; dt = 13,6-0,59= 8 мм;
2-я вытяжка: т2— 0,78; d2 = 8-0,78= 6,2 мм;
3-я вытяжка: т3 = 0,82; d3 = 6,2-0,82 = 5,1 мм;
4-я вытяжка: (ступенчатая)
ги4 = 0,84; d4 = 5,1 -0,84 = 4,3 мм\
Калибровка по диаметру
и радиусам: тБ = 0,84; db = 4,3-0,84= 3,6 мм.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ ВЫТЯЖКЕ
175
Радиусы закругления пуансона и матрицы на первых трех вытяжках принимаем
равными 7? = 5S= 1 мм, на четвертой ступенчатой вытяжке У? = 0,5 мм, а на ка-
либровке R — 0,1 мм (размер по чертежу). В дальнейших подсчетах применяем ра-
диусы закруглений до средней линии.
Производим расчет перераспределения металла по вытяжным переходам. Диа-
метр фланца до обрезки известен и равен 10 мм. Диаметры переходов вытяжки опре-
делены, радиусы закруглений выбраны. Искомой величиной является высота вытяж-
ных переходов (рис. 131).
Калибровка
3-я бытяжно
Рис. 131. Определение высоты переходов
Подсчет производим по средней линии толщины металла
по формулам, приведенным на стр. 164.
Первая вытяжка (D = 13,6 мм, dr = 7,8 мм, — 1,1 мм)
D2 — dz,
hr = + 0,86/1 = 3,67 мм.
4dj 1 1
Высота по средней линии равна высоте головки пуансона.
Контрольная высота первого перехода вытяжки
hx -]- S = 3,9 мм.
Вторая вытяжка (d^ = 6,0 мм, г2 = 1,1 мм)
D*-d*
h2 = —т-j—— -J- 0,86/2 = 4,5 мм.
4d2
Полная высота второго перехода вытяжки
h% -J- 5 = 4,7 мм.
1-я вытяжка 2-я вытяжка 3-я вытяжка и-я вытяжка Калибровка Пробивка Обрезка
rn^-0,59 m3~0t82 ти-0№ ms=0,86 дна фланца
Ф78 Ф.8А ФЛ7 М?:1 451*0.05
/4 А/ КЗ . /4
Ф19*°>28
12
Рис. 132. Схема раскроя ленты и последовательность переходов
Рис. 133. Последовательная вытяжка в ленте глубоких деталей
ЬЫТЯЖКА
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ ВЫТЯЖКЕ
177
Третья вытяжка (d3 = 4,9 мм, r3 = 1,1 мм)
ГР “
h3 — ———- + 0,86/3 = 5,3 мм.
44з
Полная высота третьего пе