- •Методические указания к выполнению лабораторной работы
- •«Изучение характера деформации металла при листовой штамповке»
- •Основные понятия
- •Методика эксперимента
- •Вырубка заготовки
- •1.1. Расчет диаметра заготовки.
- •1.2. Определение основных размеров вырубного штампа.
- •1.3. Определение усилия для вырубки
- •1.4. Штамповка - вырубка
- •2. Штамповка – вытяжка изделия
- •2.1.Определение количества операций.
- •2.2. Расчет размеров вытяжного штампа.
- •2.3. Расчет потребного усилия пресса для первой операции вытяжки
- •2.4. Штамповка-вытяжка
- •3. Изучение характера деформации металла при вытяжке
- •3.1. Определение величины вытяжки.
- •3.2. Анализ результатов эксперимента.
- •Требования безопасности труда
- •Порядок выполнения работы
- •Задание 1
- •Протокол
- •Задание 2
- •Протокол
- •Задание 3
- •Протокол
- •Содержание отчета по работе
- •Вопросы для самопроверки
- •Литература
Саратовский государственный технический университет
Кафедра «Материаловедение и высокоэффективные процессы обработки»
Методические указания к выполнению лабораторной работы
по курсу «Технологические процессы в машиностроении»
для студентов машиностроительных специальностей
«Изучение характера деформации металла при листовой штамповке»
Саратов 2006
Цель работы: практическое изучение характера деформации металла при вытяжке, ознакомление с основными расчетами операций штамповки - вырубки и глубокой вытяжки.
Основные понятия
Листовая штамповка является одним из видов обработки металлов, давлением, осуществляемой при помощи штампов на прессах: кривошипных эксцентрированных, гидравлических. Детали листовой штамповкой получают из листового, ленточного или полосового материала. Тонколистовой материал штампуют в холодном состоянии.
В зависимости от способа действия внешних сил и характера напряженно-деформированного состояния операции листовой штамповки делят на разделительные, формоизменяющие, комбинированные и штампосборочные.
Вырубка- операция листовой штамповки. Относится к группе разделительных операций. Выполняется в штампах на прессах. Схема вырубного штампа простого действия (за один ход ползуна пресса деформируется только одна заготовка) показана на рис. I.
Штамп (рис. 1) -в общем, виде состоит из пуансона 2 в матрицы 6. Пуансон крепится к верхней плите I, а матрица к нижней плите 7. На матрицу укладывается заготовка 5 и прижимается прижимом 4. Соосност при движении пуансона с матрицей обеспечивается направляющими 3.
В штампах роль верхнего режущего ножа выполняет пуансон 1, а нижнего неподвижного - матрица 2 (рис. 2.) Пуансон имеет угол резания δ = 90 и наклон режущих кромок φ = 0. Пуансон имеет меньшие размеры, чем матрица, образуя так называемый зазор-просвет. Зазор оказывает сильное влияние на величину потребного усилия и работу вырубки, качество поверхностного среза, на точность получаемой детали, износ и стойкость штампа.
Для каждого материала и толщины имеются свои оптимальные зазоры, при которых сопротивление вырубке будет наименьшим и можно получить наиболее удовлетворительную форму поверхностного среза.
Процесс деформации металла при вырубке протекает в три стадии (рис. 3.) В начальной стадии 1 (рис. 3,а.) заготовка под действием пуансона немного прогибается. Затем, в стадии II у самых кромок инструмента происходит пластическое смятение металла заготовки. При дальнейшем увеличении усилия развивается пластическая деформация, в результате которой металл вдавливается в отверстие матрицы. К концу этой стадии напряжение у кромок пуансона достигает максимальной величины, которая соответствует сопротивлению металла срезу. В стадии III образуются скалывающие трещины, которые, быстро развиваясь, вызывают отделение вырубаемой детали. При дальнейшем движении пуансон проталкивает вырезанную деталь через рабочую шейку матрицы, преодолевая сопротивление трения между деталью и инструментом.
Разрез и контуры вырубленной детали и пробитого отверстия показаны на рис. 3, б. На поверхности контура вырубленной детали видны три зоны, соответствующие трем стадиям резки. Первая - зона начального смятия 1; вторая - блестящий цилиндрический поясок 2 - зона резания пуансоном или матрицей; третья - шероховатая коническая поверхность 3 матового цвета (поверхность скалывания), она заканчивается небольшой поверхностью смятия. На поверхности пробитого отверстия имеем те же зоны, расположенные в обратном порядке.
Рис. 1 - Схема штампа для вырубки
Рис. 2 - Схема вырубки
Рис. 3 - Стадии разделения металла
Рис. 4 - Схема процесса вытяжки
Операция вытяжки - это процесс превращения плоской или полой заготовки в открытое сверху полое изделие. Относится к группе формоизменяющих операций листовой штамповки и выполняется в вытяжных штампах на прессах. Схема процесса вытяжки полого изделия (стакана) из вырубленной заготовки показана на рис. 4. без утонения стенок. Так как при вытяжке происходит втягивание материала заготовки (кружка) пуансоном с закруглением rп большего диаметра d3 в матрицу с закруглением rм (рис.4б), то, естественно, что по краю вытянутого колпака образуются складки (гофры ) за счет наличия избыточного материала или так называемых характеристичных (избыточных) треугольников в в1, в2, в3, …, вn в заготовке (рис. 4а).
Под воздействием усилия пуансона в плоской заготовке возникают сжимающие (δв сж.) и растягивающие (δв раст.) напряжения. В результате происходит смещение объемов. Смещаемый объем условно показан в виде заштрихованных треугольников (рис. 4а).
Для предотвращения образования складок применяют прижимное кольцо. Для снижения концентрации удельных давлений на металл заготовки кромки пуансона и матрицы делают скругленными.
Для уменьшения потребного усилия вытяжки и вероятности разрушения заготовки величину зазора между матрицей и пуансоном устанавливают равным 1,1+1,3 от толщины материала.
Разрушение заготовки во время вытяжки обусловливается коэффициентом вытяжки, то есть отношением диаметра вытянутого стакана (колпака) к диаметру заготовки. Чем меньше это отношение, тем труднее втянуть фланец в отверстие матрицы.
Коэффициент вытяжки ГН зависит от следующих факторов: механических свойств металла, состояния поверхности, толщины, диаметра и формы вытягиваемого изделия, способы вытяжки (с прижимом или без него), числа операций вытяжки, скорости вытяжки, радиусов закругления кромок матрицы и пуансона и зазора между ними, рода и степени смазки.
Диаметр заготовки при вытяжке определяют, исходя из основного закона обработки давлением: вес G и объему V' материала (заготовки) до вытяжки равен весу G' и объему V' материала (готового изделия) после вытяжки.
Размеры плоской заготовки при вытяжке полых тел без утонения стенок можно определить по методу равенства поверхностей заготовки и изделия. Сущность его состоит в том, что поверхность изделия условно подразделяют на ряд простых геометрических фигур, которые легко подсчитать. Затем, приравнивая сумму всех элементарных поверхностей готового изделия $' к площади заготовки S, находят её размер, например, диаметр.