Разработка технологического процесса глубокой вытяжки

Технологический процесс листовой штамповки объединяет операции по заготовке материала (очистку, смазку), изготовление заготовок (резку листов на заготовки); деформирующие операции (разделяющие, формоизменяющие), операции термической обработки; отделочные операции (удаление заусенцев, промывка, окраска, декоративное покрытие и др.).

В данной работе студентам предлагается решить отдельные вопросы технологической разработки, связанные с определением формы и размеров заготовки, определением перехода штамповки, расчетом исходных данных для выбора штампующего оборудования и проектирования технологической оснастки. От правильного решения указанных вопросов зависит расход материала, стойкость штампов, трудоемкость изготовлений и качество деталей.

1. Определение размеров заготовки, параметров вырубного штампа и величины усилия вырубки заготовки

Размеры заготовки при вытяжке определяют исходя из условия равенства объемов материала заготовки и вытянутого полуфабриката, условно полагая, что толщина материала при вытяжке неизменна. Таким образом, условие равенства объемов сводится к условию равенства поверхностей заготовки и вытянутого полуфабриката.

Диаметр заготовки для вытяжки детали цилиндрической формы с плоским дном упрощенно определяют по формуле

,

где D₃ ‑ диаметр заготовки, мм; d ‑ наружный диаметр цилиндра, мм; h ‑ высота цилиндра, мм; ‑ припуск на обрезку, мм (см. рис.3);.

Рис.3. Эскиз полуфабриката для изготовления детали

цилиндрической формы с плоским дном.

Необходимо определить размеры штампа для вырубки заготовки вычисленного диаметра. Диаметр матрицы принимается равным диаметру заготовки: . Для определения диаметра пуансонасначала вычисляется величина зазораz₁:

z₁ = (0,1…0,15) S , мм

где S ‑ толщина заготовки;

, мм

Усилие вырубки:

, кгс

где ‑ сопротивление металла срезу вкгс/мм² (см. таблицу 1); к = 1,25 ÷ 1,3 – коэффициент, учитывающий притупление режущих кромок, изменение зазора, неоднородность штампуемого металла.

Таблица 1

Наименование стали	Марка стали	Сопротивление срезу, , кгс/мм^2	Предел прочности, , кгс/мм^2
Тонколистовая углеродистая обыкновенного качества S = 0,5…4 мм	Ст.1	28-34	32-40
	Ст.2	29-36	34-42
	Ст.3	33-40	38-47
	Ст.4	36-45	42-52
	Ст.5	43-53	50-62
Тонколистовая углеродистая качественная конструкционная S = 0,2…4 мм	08кп	25	>30
	08	28	33
	10кп	27	32
	10	29	34
	20	36	42
	30	43	50
	40	49	56
	45	52	61

2. Определение числа переходов вытяжки

В процессе вытяжки на заготовку в тангенциальном направлении действуют сжимающие напряжения , а радиальном направлении ‑ растягивающие напряжения , которые втягивают фланец в отверстие матрицы. Если растягивающие напряжения в цилиндрической части втягиваемой заготовки равны или больше предела прочности материала , то заготовка может разрушиться ивытяжка окажется невозможной. Отсюда следует, что за один переход без разрушения можно вытягивать из заготовки диаметром D₃ деталь лишь определенного диаметра d₁. Процесс формоизменения при вытяжке оценивают коэффициентом вытяжки m. Для цилиндрических деталей коэффициент m равен:

‑для первой вытяжки;

‑для второй вытяжки;

‑для последующих операций.

Чем меньше m, тем большую степень пластической деформации металла можно получить.

Величину m определяют следующие основные факторы:

1. Пластические свойства металла.

2. Наличие или отсутствие прижима.

3. Относительная толщина заготовки .

4. Величина радиуса закругления кромки пуансона и матрицы.

5. Наличие смазки и ее количество.

Так как при вытяжке с прижимом не образуется гофр (складок), то металл легче затекает в зазор между пуансоном и матрицей. Поэтому с прижимом можно получить более глубокую вытяжку.

Зависимость m от обусловлена толщиной металла. Чем тоньше лист, тем он менее устойчив против образования гофр, т.е. тем выше m.

Вытяжку стремятся осуществить с минимальным числом переходов. Поэтому при разработке технологического процесса необходимо знать, можно ли произвести вытяжку за одну операцию (без отрыва дна) или потребуется несколько последовательных операций. Количество переходов зависит от общей величины необходимой вытяжки, от допускаемой вытяжки за один проход, которая определяется коэффициентом вытяжки m. В табл. 2 приведены значения коэффициента вытяжки для нескольких последовательных переходов (m₁, m₂, ... , m_n) при изготовлении деталей цилиндрической формы в зависимости от относительной толщины заготовки .

Таблица 2

Обозначение коэффициента вытяжки по переходам	Численные обозначения коэффициента вытяжки по переходам в зависимости от относительной толщины детали
	св. 2,0 ‑ 1,5	1,5 ‑ 1,0	1,0 ‑ 0,6	0,6 ‑ 0,3	0,3 ‑ 0,15
m1	0,48	0,50	0,53	0,55	0,58
m2	0,73	0,75	0,76	0,78	0,79
m3	0,76	0,78	0,79	0,80	0,81
m4	0,78	0,80	0,81	0,82	0,83
m5	0,80	0,82	0,74	0,85	0,86
Примечания: Коэффициенты приведены для сталей 08, 08кп, 10, 10кп, 10Г, 15Г, мягкой латуни Л62 и алюминия. Для стали марок Ст.2, Ст.3, сталей 15-20 и средней твердости латуней коэффициенты принимаются на 1,5-2% больше табличных данных.

По известным коэффициентам вытяжек определяют размеры деталей по переходам.

На основании опытных данных установлено:

• для первой операции вытяжки при следует применять вытяжку с прижимом; при‑ вытяжку без прижима;

• для последующих операций при применяют вытяжку с прижимом; при‑ вытяжку без прижима.

Расчет числа переходов вытяжки продолжают до тех пор, пока размер полуфабриката не получится равным или меньшим диаметра готовой детали: .