Формоизменяющие операции листовой штамповки
Формоизменяющие операции – это операции обработки металлов давлением, в результате которых изменяется форма заготовки путем пластического деформирования (гибка, вытяжка, отбортовка, обжим и др.).
Вытяжка (без утонения стенок) – превращение плоской заготовки в полое изделие (стакан) с толщиной стенки, равной толщине заготовки или увеличение высоты полого полуфабриката.
При вытяжке фланец и вертикальные стенки вытягиваемой заготовки находятся в различных условиях напряженного и деформированного состояний (рис. 3.3, а). Во фланце в радиальном направлении действуют растягивающие напряжения σр, втягивающие фланец в отверстие матрицы, и сжимающие напряжения σс, действующие в тангенциальном направлении и уменьшающие диаметральные размеры заготовки.
Плоская заготовка втягивается пуансоном 4 в отверстие матрицы 5. При определенных размерах фланец заготовки может потерять устойчивость под действием сжимающих напряжений σс, что приведет к образованию складок 6 (рис. 3.3, а).
Для предотвращения появления складок применяют прижим 3, с определенной силой прижимающий фланец заготовки к поверхности матрицы. 
Рисунок 3.3 – Схемы вытяжки:
а – первый переход вытяжки, б – последующая вытяжка,
в – вытяжка с утонением стенки
Растягивающие напряжения σр (при σр > σв) в стенке могут привести к отрыву в донной части.
Усилие вытяжки цилиндрического полуфабриката в штампе с прижимом определяют приближенно по формуле, МН:
P = σв.π . D . s + q. F2. (3.1)
В этих формулах: q – удельное усилие вытяжки: для углеродистой стали q = 0,3 МН/м2; для легированных сталей q = 0,4 МН/м2. F2 – площадь контакта прижима и заготовки в начальный момент вытяжки, м2.
Размеры заготовки можно определять из условия равенства поверхности детали (по средней линии) и площади плоской заготовки.
Инструмент и оборудование для листовой штамповки
Инструмент листовой штамповки – штампы.
Штампы делят на простые и сложные. Простые штампы выполняют одну операцию. Сложные штампы за один ход ползуна пресса выполняют несколько операций.
Оборудование для листовой штамповки: механические прессы, гидравлические прессы, автоматы, различные ножницы, установки для штамповки с применением энергетических импульсов и др.
МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Задание.Изготовить деталь рис. 3.4 листовой штамповкой.
   |
Рисунок 3.4 – Эскиз детали
Решение
Для изготовления детали (рис. 3.4) – исходная заготовка – листовой прокат (из табл. А.1) необходимо: разработать маршрут изготовления детали; рассчитать мощность необходимую для выполнения разделительных операций; выбрать оборудование; рассчитать размеры заготовки для изготовления детали; рассчитать усилие формообразующей операции и операций вырубка и пробивка.
3.4.1 Маршрут изготовления детали листовой штамповкой
005 Отрезка.
Ножницы гильотинные.
010 Отрезка.
Ножницы гильотинные.
015 Вытяжка.
Пресс 160 т ПД 476. Штамп Ж3 810.090.
020 Вырубка.
Пресс 10 т К 2320. Штамп Ж3.102.889.
025 Пробивка.
Пресс 10 т К 2320. Штамп Ж3.805.689.
1. Отрезка – разделительная, заготовительная операция получения заготовок из листового проката в виде полос. Для отрезки выберем ножницы с наклонными (гильотинные) ножами. Качество резки зависит от заточки ножей и от зазора z между ними. Для расчета – зазор z из табл. А.2 .
а) Мощность, необходимая на выполнение разделительных операций определяется по формуле (кВт):
где A – работа резки за один ход (Н . мм), n – число ходов ножа в минуту (ход/мин), η – коэффициент полезного действия ножниц η = 0,75.
б) Работа резки за один ход определяется по формуле (Н.мм):
А = Р . Н,
где Р – усилие резки (Н); Н – раскрытие ножниц (мм).
в) Усилие резки Р определяется по формуле (Н):
где S – толщина материала (м); σвср = 0,8 . σв (МПа); К – коэффициент, учитывающий заточку ножей К = 1,75; α – угол реза (угол раскрытия ножниц), град. (табл. А.2).
г) Раскрытие ножниц Н определяется по рис. 5 (на рисунке указываются размеры варианта) и формуле (мм):
Н = а + b,
где а = S + z; z – зазор между ножами равен 0,6S (мм) (табл. ).
b = L. tgα, мм,
где L – длина реза (наибольшая ширина разрезаемого металла),мм (табл. А.2).
     |
Рисунок 3.5 – Схема резки на ножницах с наклонными (гильотинными) ножами
д) По рассчитанной мощности, выбираем модель ножниц с наклонными (гильотинные) ножами (из табл. Б.1).
2. Вытяжка – формоизменяющая операция для изготовления детали заданной конфигурации из листового материала.
а) Определение размеров заготовки под вытяжку.
Поверхность заготовки при вытяжке изменяется незначительно и размеры заготовки можно определять из условия равенства поверхности детали (по средней линии) и площади плоской заготовки (рис. 3.6).
Определение диаметра заготовки изделия при вытяжке выполняем по рис. 3.6 и формуле:
 |
В формуле диаметры: d2 = D; d3 = D2; (D, D2 по варианту задания табл. А.1). Размеры d1 и f – рассчитываются.
Рисунок 3.6 – Эскиз для определения диаметра заготовки изделия при вытяжке
3. Расчет усилия для выполнения формообразующей операции
Чтобы сжимающие напряжения во фланце не привели к потере устойчивости (образованию складок), применяем прижим.
Величина усилия для подбора пресса при вытяжке определяется по формуле, МН:
Pпресс = π .D . S . σв . K + q .Fпр,
где D – диаметр заготовки под вытяжку, м; q = 0,3 МН/м2 – удельное усилие вытяжки, (для углеродистой стали); Fпр – площадь контакта прижима и заготовки в начальный момент вытяжки, м2.
4. Расчет усилия при вырубке и пробивке.
При вырубке и пробивке в штампах с параллельными режущими кромками усилие определяется по формуле, кН:
 | |||
 | |||
где π. D – длина окружности (периметр вырубаемого контура или пробиваемого отверстия, размеры диаметров по рис.5 и табл. А.1), в м;
s – толщина материала (по рис. 3.4 и табл. А.1) в м;
σср – удельное сопротивление среза в МПа ( σср = 0,8 . σв);
K = 1,2 – коэффициент запаса, учитывающий влияние притупления режущих кромок и колебание изменения механических свойств вырубаемого материала.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие достоинства присущи листовой штамповке?
2. Основные виды раскроя материала.
3. На какие группы разделяют операции листовой штамповки?
4. Разделительные операции листовой штамповки.
5. Формоизменяющие операции листовой штамповки.
6. В чем сущность операции вытяжки ?
7. Оборудование для выполнения разделительных операций.
8. Какие существуют штампы для листовой штамповки?
9. Какое оборудование применяют для листовой штамповки?
10. Назначение штампов последовательного действия.
Приложение А
Таблица А.1 – Задания к выполнению работы
| № вари- анта | Деталь | |||||
| Размеры, мм | Материал | |||||
| D | D1 | D2 | H | листовой прокат | σв, МПа | |
| 5,0 | 
| |||||
| 4,5 |  55
| |||||
| 5,0 | 
| |||||
| 5,5 |   65
| |||||
| 6,5 | ||||||
| 5,0 |  85
| |||||
| 6,0 | 
| |||||
| 6,0 | 
| |||||
| 6,5 | 
| |||||
| 7,0 | 
| |||||
| 5,0 |  75
| |||||
| 5,0 |  90
| |||||
| 5,0 |  85
| |||||
| 4,0 | 
| |||||
| 5,0 | 
| |||||
| 5,5 |  80
|
Окончание таблицы А.1
| 3 | 4 | |||||
| 5,5 |  85
| |||||
| 5,0 | 70
| |||||
| 6,0 |
| |||||
| 5,5 |
| |||||
| 6,5 |
| |||||
| 5,0 |
| |||||
| 6,5 |  100
| |||||
| 6,0 |
| |||||
| 6,5 | 90
| |||||
| 7,0 |
| |||||
| 5,0 | 75
| |||||
| 5,0 | 90
| |||||
| 5,0 | 85
| |||||
| 4,0 | 60
| |||||
| 5,0 | 85
| |||||
| 5,5 |
| |||||
| 5,5 | 85
|
Таблица А.2 – Варианты исходных данных оборудования
| № вари- анта | Характеристика оборудования | |||
| Угол реза, α, град. | Число ходов, n, ход/мин | Зазор z, мм | Длина реза (наибольшая ширина разрезаемого металла), L, мм | |
| 2о30 ׳ | 1,0 | |||
| 2о 10 ׳ | 1.2 | |||
| 2о 40 ׳ | 1,1 | |||
| 3о 00 ׳ | 1,3 | |||
| 2о 10 ׳ | 1,5 | |||
| 2о30 ׳ | 1,0 | |||
| 2о 20 ׳ | 1,2 | |||
| 3о 30 ׳ | 1,1 | |||
| 3о 10 ׳ | 1,1 | |||
| 2о 50 ׳ | 1,5 | |||
| 3о 30 ׳ | 1,0 | |||
| 2о 30 ׳ | 1,0 | |||
| 2о 20 ׳ | 1,2 | |||
| 2о 40 ׳ | 1,0 | |||
| 3о 00 ׳ | 1,1 | |||
| 2о 30 ׳ | 1,5 | |||
| 3о 40 ׳ | 1,0 | |||
| 2о 30 ׳ | 1,0 | |||
| 2о 20 ׳ | 1,2 | |||
| 2о 50 ׳ | 1,0 | |||
| 3о 20 ׳ | 1,1 | |||
| 2о 30 ׳ | 1,5 | |||
| 3о 30 ׳ | 1,0 |
Окончание таблицы А.2
| 2о 30 ׳ | 1,0 | |||
| 2о 30 ׳ | 1,2 | |||
| 2о 10 ׳ | 1,0 | |||
| 3о 00 ׳ | 1,3 | |||
| 2о 10 ׳ | 1,5 | |||
| 2о30 ׳ | 1,0 | |||
| 2о 30 ׳ | 1,0 | |||
| 2о 30 ׳ | 1,2 | |||
| 2о 10 ׳ | 1,0 | |||
| 3о 00 ׳ | 1,1 |
Приложение Б
(справочное)
Таблица Б.1 – Характеристика ножниц кривошипных листовых с наклонным ножом (гильотинных)
| Характеристика | Модель ножниц | ||||
| НБ3312 | НБ3314 НВ473 | НГ474 НБ3316 | Н3118 Н3218В | Н3111 Н3121 | |
| Наибольшая толщина разрезаемого листа S, мм | 1,6 | 2,5 2,5 | 4,0 4,0 | 6,3 6,3 | 12,5 12,5 |
| Наибольшая ширина разрезаемого листа, мм | |||||
| Число ходов ножа в минуту | |||||
| Мощность основного привода, кВт | 2,7 | 3,0 2,8 | 5,5 7,0 | 7,0 14,5 | 14,0 18,5 |
Экономическая точность резки листового проката толщиной от 1 до 40 мм находится в пределах от ± 0,12 до ± 1,5 мм.