5. Прочностные расчеты основных конструктивных элементов штампов

Многообразие форм и размеров штампуемых деталей влечет за со­бой соответствующее многообразие форм деталей штампов и различие размеров этих деталей. Установление оптимальных размеров деталей штампа является трудной задачей, в решении которой недостаточно по­ложиться на опыт и интуицию конструктора.

Формы и размеры деталей штампов, близкие к оптимальным, кон­структор может установить лишь расчетным путем.

Для расчета деталей штампов необходимо знать допускаемые на­пряжения или деформации и действующие силы.

Самым ответственным этапом расчета какой-либо детали штампа является установление величин, направлений и очередности действия сил.

Рассмотрим расчеты основных конструктивных элементов.

5.1.Пуансоны для вырубки-пробивки

В процессе вырубки-пробивки листового материала вблизи режу­щих кромок возникает сложное силовое поле.

Пуансон вдавливается в листовую заготовку не по всей поверхности, а лишь по пояску а (рис. 15). Такое же вдавливание происходит и со сто­роны матрицы. Возникает пара сил Р с плечом е, создающих момент М из­гибающий, под действием которого заготовка изгибается и выпучивается.

Рис. 15. Схема действия сил при вырубке

В результате изгиба заготовки возникает давление металла на наружную поверхность пуансона и распирающее давление на кромки матрицы.

Кроме нормальных сил Р₁, Р₂, N₁ N₂, на поверхность инструмента действуют касательные силы μР₁, μР₂,μN₁ μN₂, созданные силами трения.

Для приближенных вычислений максимальной величины силы N допустим:

• точка приложения силы Ротстает от режущей кромки на рас­стояние, равное 1/3 ширины сминаемой под ножом площадки;

• расстояние между точками приложения сил Nко времени, когда эти силы достигают своего наибольшего значения, равноS;

• сила Nдостигает максимума одновременно с силойР.

Составим уравнение моментов:

Р·е = N·S. (1)

Из практики известно, что ширина снимаемой под ножом площад­ки для стали составляет (0,5 - 0,7)S.

Приняв эту ширину 0,6S, получим:

Р 2/3 0,6 S=N·S; (2)

N= 0,4 Р,

где Р − усилие резания для длины реза, равной проекции режущего контура.

Определив таким образом величину и направление действия сил, можно перейти к расчету.

Во время работы пуансоны (рис. 8) подвергаются сжатию от уси­лия вырубки, поэтому необходимо проверить пуансон на сжатие:

≤(3)

где - напряжение сжатия в кгc/мм², возникающее в пуансоне;

Р - усилие вырубки, приходящееся на пуансон, в кгс;

F- площадь наименьшего поперечного сечения пуансона, в мм².

В случае если вследствие неправильной сборки штампа ось пуансо­на будет смещена относительно оси матрицы на половину зазора, сумма сил N не будет равна нулю.

Разность сил N₁ – N₂ можно определить путем оценки средней величины зазора справа и слева от оси и нахождения по средней величине сил N (из экспериментальных данных Б.П. Звороно). Со­гласно расчетам, искомая разность сил составит 0,05 Р, т.е. 5 % усилия вы­рубки. Тогда максимальное усилие, которое будет испытывать пуансон, представится как сумма двух напряжений - от сжатия и от изгиба:

(4)

где d - диаметр пуансона в наименьшем поперечном сечении, мм.

Пуансон вблизи посадочной части, если ось его смещена относи­тельно оси матрицы, например, на половину зазора (из-за неточности из­готовления штампа), может испытывать сжатие и от изгиба под действи­ем силы Р. Допустим, что при штамповке под действием силы N про­изойдет упругая деформация пуансона и пуансонодержателя и режущая часть пуансона сместится вправо так, что его ось будет совпадать с осью матрицы. Тогда изгибающий момент будет равен:

М · Р · е (5)

Пуансон вблизи посадочной части будет испытывать сжатие и из­гиб. Суммарное сжимающее напряжение:

(6)

где d₁ - диаметр пуансона вблизи посадочной части.

Длинные и тонкие вырубные и пробивные пуансоны (L>3dj необ­ходимо также проверить на продольный изгиб. При этом определяется допустимая свободная длина пуансона L.

При работе пуансона без направляющей плиты согласно формуле Эйлера:

(7)

где Р − критическая нагрузка в кг, вызывающая продольный изгиб;

L− длина свободной части пуансона, см;

Е − модуль упругости в кг/см²(для инструментальной стали

Е = 2,2-10⁶кг/см²);

J_min− момент инерции наименьшего сечения пуансона в см⁴;

Р − усилие вырубки в кгс;

n− коэффициент безопасности (для сырой сталиn= 4÷5, для зака­леннойn= 2÷З).

При работе пуансона с направляющей плитой

(8)

где L₁- расстояние от пуансонодержателя до середины толщины плиты.

Cучетом того, что формула Эйлера действительна в условиях ста­тической нагрузки, вводим коэффициент динамичности ɳ_д, тогда:

	(9)
	(10)

Здесь = 2÷3 при установке штампа на универсальный криво­шипный пресс.