Вытяжка

Вытяжка — процесс деформирования незакрепленной по кромкам плоской заготовки в полую деталь замкнутого контура при помощи штампов.

Из листовых заготовок толщиной до 25 мм вытяжкой получают детали сложной формы поверхности и габаритными размерами в несколько метров.

Простейшая схема вытяжки цилиндрической детали в инструментальном штампе с прижимом фланца заготовки показана на рис. 8.

Заготовка под действием усилия вытяжки Р_в, приложенного к пуансону, вытягивается в зазор между пуансоном и матрицей и, облегая пуансон, принимает его форму. Усилие Р_в, воздействуя через пуансон на донную часть заготовки, передается через вертикальную стенку на фланец и в общем случае может быть представлено в виде

где Р₁ — усилие, затрачиваемое на объемно-пластическое деформирование,

Р_τ1, Р_τ2 — усилия, затрачиваемые на преодоление сил трения соответственно в плоской части фланца (под прижимом) и на ребре матрицы,

Р_r — усилие, затрачиваемое на изгиб заготовки по ребру матрицы.

Под действием усилия Р_в в материале заготовки возникает сложное напряженное состояние (рис. 9).

В донной части и цилиндрической зоне заготовки (рис. 9а) имеет место одноосное напряженное состояние. В материале действуют радиальные растягивающие напряжения. Фланец заготовки находится в двухосном напряженном состоянии. Растягивающие напряжения действуют в радиальном направлении, сжимающие — в тангенциальном.

Из условия равновесия элемента фланца в промежуточный момент вытяжки на основании многочисленных исследований получено:

,

где σ_{i ср} — среднее сопротивление деформации в очаге деформирования.

Рис. 8. Вытяжка цилиндрической детали в инструментальном штампе:

1 – пуансон,

2 – прижимное кольцо,

3 – заготовка,

4 – матрица

Рис. 9. Напряженное состояние в элементах заготовки

в момент вытяжки

В периферийной части фланца преобладают тангенциальные сжимающие напряжения и деформации, которые вызывают увеличение первоначальной толщины заготовки. При определенных соотношениях размеров заготовки и вытягиваемой детали под действием сжимающих напряжений во фланцевой части заготовки образуются складки или гофр, что ограничивает возможности вытяжки.

В зоне перехода фланцевой части заготовки в вертикальную стенку растягивающие напряжения превосходят сжимающие, вызывая уменьшения толщины стенки (рис. 9б).

Для предотвращения образования складок на фланце применяют:

а) вытяжку с прижимом фланца заготовки. К прижимной плите прикладывают усилие Р_пр, достаточное для предотвращения потери устойчивости на фланцевой части заготовки;

б) вытяжку с ограничением высоты образования гофров. Плита, называемая складкодержателем, устанавливается на высоту, несколько большую толщины заготовки. При переходе через вытяжное ребро матрицы, образовавшиеся невысокие гофры разглаживаются, т.е. складкодержатель «автоматически» регулирует давление прижима и ограничивает высоту возникающих на фланце гофров;

в) вытяжку с перегибом фланца заготовки. При опускании кольцевой матрицы заготовка обтягивает пуансон. Появившиеся на периферийной части заготовки невысокие гофры разглаживаются при перемещении фланца через кромки кольцевой матрицы.

Из выражения

следует, что σ₁ достигает наибольшего значения, когда

т.е.

Коэффициент К, равный отношению исходного диаметра заготовки D к диаметру детали d, называется коэффициентом вытяжки и характеризует степень деформации заготовки при вытяжке.

При некотором значении К>К_т величина σ₁ может превышать предел прочности материала σ_в и заготовка разрушится по опасному сечению.

Теоретически значение предельного коэффициента вытяжки К_т, при котором возможно получение детали без отрыва дна, можно получить из этой формулы подставив вместо σ_{i max} и σ_{i ср} их предельные значения

σ_в = 1,1 σ_в ln К_т,

откуда

К_т = 2,5.

Однако значения К_т в этом случае определены без учета напряжений от трения заготовки об элементы штампа и ее изгиба, а также без учета упрочнения материала фланцевой части заготовки в процессе вытяжки. Поэтому действительное значение К_т несколько меньше теоретического.

К_пр = 1,7…2,1.

Увеличить К_пр можно:

а) за счет снижения Р_τ1, Р_τ2, Р_r (при нанесении на заготовку смазки оптимальной вязкости);

б) за счет создания максимальных сил трения между пуансоном и деформируемой частью заготовки с целью перемещения опасного сечения выше по цилиндрической части в область, где материал более утолщен и упрочнен;

в) за счет увеличения радиуса вытяжной кромки матрицы до оптимальных значений;

г) снижением сопротивления материала пластическому деформированию во фланцевой части заготовки.

Если за одну операцию невозможно получить деталь требуемой формы и размеров, тогда применяют повторные операции вытяжки, между которыми материал детали обычно разупрочняют термической обработкой.

Дата добавления: 2014-01-03