Вытяжка

РЕЗКА

ЛИСТОВАЯ ШТАМПОВКА

Листовая штамповка является прогрессивным методом получения изделий из листовых материалов. Она нашла широкое распространение во всех отраслях. Листовая штамповка в зависимости от толщины листа делится на тонколистовую (менее 4 мм) и толстолистовую.

Листовой металл толще 15–20 мм обычно штампуют в горячем виде. В горячем состоянии штампуют и менее толстые материалы (3–6 мм) из хромистых сталей с подогревом фланца, из малопластичных сплавов цветных металлов. С подогревом штампуют детали из титана и его сплавов. В остальных случаях осуществляют холодную штамповку. В зависимости от способа действия внешних сил и характера напряженно-деформированного состояния, операции листовой штамповки делят на: разъединительные, формоизменяющие, прессовочные, комбинированные, штампосборочные.

К разъединительным операциям, связанным с отделением одной части от другой относятся: отрезка, вырубка – вырезка, пробивка, разрезка, обрезка, зачистка, просечка.

К формоизменяющим операциям, заключающихся в превращении плоской заготовки в пространственную деталь требуемой формы без изменения толщины материала относятся: гибка и закатка края, вытяжка, правка, рельефная штамповка, отбортовка, формовка, обжим и раздача, вытяжка с утонением стенок материала.

К прессовочным операциям, связанным с изменением толщины относятся: чеканка, клеймение – маркировка, разметка, кернение и холодное выдавливание.

Комбинированная холодная штамповка – совмещение в одной объединённой операции двух или нескольких технологически различных операций штамповки (отрезки и гибки, вырубки и вытяжки) [5].

Штампосборочные операции предназначены для соединения нескольких деталей в одно изделие. Штамповке подвергают многие материалы: малоуглеродистые, низколегированные стали, медь, латунь, никель, алюминий, титан и его сплавы, бумагу, картон, кожу, резину.

В штамповочных цехах для вырубки деталей используют плоские заготовки в виде листов и лент. Резку листового металла производят на ножницах или прессах при помощи обрезных устройств. В заготовительных отделениях для резки металла используют ножницы с параллельными ножами, с наклонными ножами, дисковые (роликовые) ножницы и вибрационные.

Ножницы с параллельными ножами используются для резки сравнительно узких полос и неметаллических материалов. Ножницы с наклонными ножами используются для резки листа на полосы, для вырубки из них различных деталей на штампах. Их особенность заключается в том, что одновременной резке подвергается не вся ширина листа. На таких ножницах в холодном виде режут материал толщиной до 400 мм. и длиной до 4,5 м. В зависимости от толщины листа, угол наклона φ =2–6°. Число ходов в минуту составляет 75–15. Усилие для отрезки на ножницах с параллельными режущими кромками определяется по формуле:

P=kF ₀ τ ₀ =kBSτ ₀, (80)

а усилие на гильотинных ножницах:

, (81)

где F ₀ – площадь среза (мм²); τ ₀ – сопротивление срезу, вырубке (кг/мм²);

B – длина линии отрезки (мм); S – толщина материала (мм);

φ – угол наклона верхнего ножа (град);

k – коэффициент, учитывающий различные производственные факторы, его принимают равным 1–1,3.

Дисковые (роликовые) ножницы используют для продольной резки лент и листов. Резка осуществляется вращающимися круговыми ножами. Используют однопарные и многопарные дисковые ножницы.

Ножи ножниц изготавливаются из стали марок У8А, 4Х, 6ХС, 5ХВ2С, Х12М, твердость ножей после закалки 54–60 HRC.

Резка (вырубка) листового металла штампами представляет собой процесс отделения одной части материала от другой по замкнутому или незамкнутому контуру штампами на механических или гидравлических прессах. Процесс можно представить так: пуансон сначала производит сжатие и упругий прогиб материала. Вблизи режущих кромок пуансона и матрицы создается концентрация напряжений, что вызывает течение металла и образование зоны смятия.

Штампы могут иметь плоские или скошенные режущие кромки. У штампов с параллельными режущими кромками угол наклона скоса φ =0, а угол резания равен 90°. Усилие вырубки Р ₀ вычисляется по формуле:

Р ₀ =F ₀ τ ₀ =US τ ₀, (82)

где F ₀ – площадь среза вырубки;

U – длина контура вырубленной детали;

S – толщина материала;

τ ₀ – сопротивление вырубки (кг/мм²). Обычно τ ₀=0,6–0,9 σ_в.

Вытяжка – процесс превращения плоской или полой заготовки в открытое сверху полуизделие, осуществляемый при помощи вытяжных штампов. Она широко используется во всех отраслях промышленности при изготовлении деталей машин. В штамповочном производстве применяют:

– вытяжку без утонения стенок;

– вытяжку с утонением стенок.

Вытяжка производится на кривошипных прессах двойного действия, на кулисных прессах с подвижным нижним столом и на гидравлических прессах. Вытяжку без утонения стенок производят с использованием прижима в случае штамповки глубоких сосудов и без прижима при изготовлении неглубоких сосудов или изделий из толстого материала. Для определения размеров заготовки исходят из основного закона обработки давлением. Вес G и объем V равны G ₁ и V ₁ готового изделия, соответственно. Размеры плоской заготовки при вытяжке полых тел можно определить:

– методом равенства поверхностей;

– методом равенства объемов;

– методом равенства весов.

При вытяжке простого цилиндра, у которого дно и стенки имеют равную толщину и сопряжены под прямым углом, исходя из геометрических соотношений d _ср= d _в+ S = d ₁+ S.

F´=F_δ+F_σ =, (83)

где F_δ и F_σ – площадь на боковой поверхности цилиндра.

, (84)

где – припуск на подрезку края цилиндра. Его величина зависит от высоты и формы изделия и толщины металла. Для высоты цилиндра h = 6–150 мм, припуск =1,2–6,5 мм, для h =150–250 мм, =5–4 % от высоты.

Если тело состоит из n простых поверхностей F ₁, F ₂… F _n, то используя этот метод можно определить:

. (85)

Метод равенства объемов используют при вытяжке с утонением стенок изделия при S´<S и при F ´≠ F, поэтому для вытяжки цилиндра используют формулу:

, (86)

. (87)

Так же определяется размер заготовки для изделия, состоящего из n простых объемов V₁, V₂…V_n.

. (88)

Методом равенства весов при наличии готового изделия проще определить размер заготовки.

G_изд=G_загот

, (89)

где S – толщина материала, γ – удельный вес (г/см³).

При определении числа вытяжных операций исходят из максимально возможных пластических свойств штампуемого металла. Число операций предопределяется коэффициентом вытяжки – это отношение последнего диаметра к предыдущему диаметру заготовки или полуфабриката.

Для первой операции . (90)

Для последующих , (91)

где d ₁, d ₂… – диаметры полого цилиндра, d_n – диаметр готового изделия.

Величина m₁, m₂, m_n меньше 1.

Величина, обратная коэффициенту вытяжки,

(92)

характеризует степень деформации и определяется выражением:

, (93)

следовательно κ ₁, κ ₂ … κ_n >1.

Коэффициенты вытяжки в зависимости от диаметра, формы и радиуса принимаются на основании опыта и изменяются в пределах 0,48–0,87. Используя эти зависимости, число вытяжных операций n для цилиндра с диаметром d_n и высотой h_n из плоской заготовки диаметра D можно определить по формуле:

, (94)

m₁ и m´ выбираем из расчётной таблицы [1] или справочника.

Степень деформации при вытяжке с утонением определяют по формуле:

, (95)

для последующих операций:

. (96)

Коэффициент вытяжки вычисляется по формуле:

, (97)

, (98)

где F ₀ и F_{n- 1} – площадь сечения полой цилиндрической заготовки для первой и n-ой операции;

S ₀ и S_{n- 1} – толщина полой цилиндрической заготовки для первой и n -й операции.

Усилие при вытяжке на первой операции Р ₁ можно определить по формуле:

где σ_ср – среднее сопротивление деформации с учетом упрочнения металла,

А – геометрический параметр для первой операции вытяжки;

r_1m – радиус закругления матрицы;

β – коэффициент, равный 1,1–1,15;

F – коэффициент трения;

Q – давление прижима.

Давление прижима определяется по формуле:

Q=Fq, (99)

где F – площадь прижима в начальный момент, q – удельное давление.

Если прижим в виде кольца, то:

, (100)

при D>d₁+2r_m.

На практике усилие вытяжки на первой операции рассчитывают по формуле:

, (101)

а для последующих операций:

, (102)

k – коэффициент, учитывающий дополнительное усилие, необходимое для проталкивания изделия через матрицу. k =1,2–1,3.

При вытяжке с утонением стенок используют формулу:

, (103)

где d ₁ – диаметр после вытяжки, S_i – величина утонения стенок.

S_i=S–S´.

P_полн=P+Q, (104)

σ_ут – сопротивление деформации определяется по формуле:

σ_{ут стали} =1,8–2,25 σ_В

σ_{ут латуни} =1,6–1,8 σ_В.

При работе на кривошипных прессах с пружинным буфером или пневматическим устройством для определения общего усилия пресса к усилию вытяжки прибавляют давление прижима Q по формулам (99),(100).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется пластической деформацией?

2. Какое влияние оказывает пластическая деформация на структуру и свойства металла?

3. Чем отличается деформация моно- и поликристалла?

4. Зачем надо знать напряжённое и деформированное состояние металла?

5. Для чего осуществляют нагрев металла?

6. Какие нагревательные устройства используют для нагрева металла?

7. Что называется очагом деформации при прокатке?

8. Каковы условия захвата металла валками?

9. Что называется опережением и отставанием металла при прокатке?

10. Что такое уширение металла?

11. Как рассчитывается удельное давление?

12. Каким образом рассчитывается мощность стана и подбирается двигатель?

13. Каковы основные принципы калибровки прокатных валков?

14. Как классифицируют прокатные станы?

15. Какие технологические схемы используют для производства листов?

16. Какова технология производства труб?

17. Как получают периодический прокат?

18. В чём заключается сущность волочения?

19. Каковы основные способы волочения?

20. В чём отличие волочения труб?

21. Как рассчитывается усилие волочения?

22. Что называется прессованием?

23. Как определяются скорость и усилие прессования?

24. Каковы технологии прессования и выдавливания?

25. Что такое свободная ковка?

26. Каковы основные технологические операции свободной ковки?

27. Как осуществляется выбор кузнечного оборудования и его мощность?

28. Какие молоты используют для ковки?

29. Для каких операций используют гидравлические прессы?

30. Для производства каких изделий используется горячая объёмная штамповка?

31. В чём заключается технология объёмной штамповки?

32. Какое оборудование используется для осуществления горячей объёмной штамповки?

33. В чём преимущество листовой штамповки?

34. Что называется резкой и где её применяют?

35. В чём заключается операция вытяжки?

36. Как рассчитывают усилие вытяжки?

Дата добавления: 2014-01-20