Геометрические параметры инструмента для отбортовки. Отбортовка отверстий Процесс отбортовки отверстий заключается в образовании в плоском или полом изделии с предварительно пробитым отверстием иногда и без него отверстия большего размера с цилиндрическими бортами или бортами другой формы. Особенно большую эффективность дает применение отбортовки отверстия при изготовлении деталей с большим фланцем когда вытяжка затруднительна и требует нескольких переходов...

Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

PAGE 113

ЛЕКЦИЯ № 16

Формоизменяющие операции листовой штамповки. Формовка и отбортовка

План лекции

1. Формовка.

1.1. Определение допустимых степеней деформации при формовке.

1.2. Технологические расчеты при формовке.

2. Отбортовка.

2.1. Отбортовка отверстий.

2.2. Геометрические параметры инструмента для отбортовки.

1. Формовка

Рельефная формовка представляет собой изменение формы заготовки, заключающейся в образовании местных углублений и выпуклостей за счет растяжения материала.

Кроме местных углублений и выпукло – вогнутых рельефов формовкой получают рисунки и ребра жесткости. Рационально выполненные ребра жесткости позволяют существенно повысить жесткость плоских и неглубоких штампованных деталей, появляется возможность уменьшения толщины заготовки и ее массы. Применение формовки замен вытяжки при изготовлении неглубоких деталей с фланцем позволяет получить экономию металла вследствие уменьшения поперечных размеров заготовки. Повышение прочности, полученной в результате деформационного упрочнения, превосходит уменьшение прочности вследствие утонения заготовки в зоне деформации.

Форма пуансона существенно влияет на место расположение очага деформации. При деформировании полусферическим пуансоном зона пластической деформации состоит из двух участков: контактирующего с пуансоном и свободного участка, на котором отсутствуют внешние нагрузки.

Рисунок 1 – Формовка ребра жесткости и полусферических углублений

При формовке полусферических углублений возможно появление трещин на некотором удалении от полюса полусферы. Это объясняется тем, что в полюсе и его окрестности заготовка плотно прилегает к пуансону и контактные силы трения, возникающие при скольжении заготовки (при ее утонении) относительно пуансона, сдерживают деформацию в полюсе более интенсивно, чем на периферийных участках.

Формовкой цилиндрическим пуансоном с плоским торцом можно получить углубления высотой (0.2 – 0.3) диаметра пуансона. Для получения более глубоких полостей применяют формовку с предварительным набором металла в виде кольцевого выступа (рифта), а при штамповке деталей их алюминиевых сплавов – дифференцированный нагрев фланца.

Рисунок 2 – Формовка цилиндрическим пуансоном с плоским торцом и формовка с предварительным набором

Заготовка при формовке частично обтягивается по пуансону, а частично по матрице, поэтому глубина матрицы должна быть больше высоты ребра или углубления, а радиус углового участка пуансона существенно меньше радиуса скругления кромки матрицы иначе возможно появление пережимов стенок формуемой детали, приводящих к трещинам и неисправимому браку.

Формовку можно осуществлять эластичной и жидкостной средой (штамповка резиной, полиуританом, применяемым в мелкосерийном производстве: самолетостроении, вагоностроении, приборостроении, радиотехнике) жидкостная формовка – гофрированных тонкостенных осесеметричных оболочек (компрессоров в системах трубопроводов и в качестве чувствительных элементов приборов).

1.1. Определение допустимых степеней деформации при формовке

Периферийный кольцевой участок фланца ограниченный радиусами и деформируется упруго.

Наибольшая глубина ребра жесткости, которую можно получить в результате рельефной формовки деталей из алюминия, мягкой стали, латуни, может ориентировочно быть определена по эмпирической формуле:

где - ширина ребра, мм;

Толщина штампуемого материала, мм.

Рисунок 3 – Пластическая и упругая области при формовке

При глубина; , а для предотвращения разрушения материала.

При больших размерах заготовки граница между пластической и упругой областью составляет.

При других отношениях граница между упругой и пластической областями составляет, где находится по

Глубина местной вытяжки определяется уравнением:

Увеличение зазора при малых радиусах закругления позволяет получить более глубокую местную вытяжку.

Для рельефной формовки в виде углублений сферической формы:

А; .

Рисунок 4 – Схема формовка углублений сферической формы

Возможные размеры местных углублений можно определить исходя из относительного удлинения штампуемого материала по зависимости:

где - длина средней линии сечения рельефа после штамповки;

Длина соответствующего участка заготовки до штамповки.

При формовке цилиндрическим пуансоном с плоским торцом и малым радиусом скругления рабочей кромки, пластически деформируется кольцевой участок фланца, ограниченный радиусом и, а также плоский участок дна детали.

Рисунок 5 – Схема формовки ребер жесткости, углублений сферической формы

1.2. Технологические расчеты при формовке

Силу рельефной штамповки можно определить по формуле:

где - удельная сила рельефной формовки, принимаемое:

для алюминия 100 – 200 МПа,

для латуни 200 – 250 МПа,

для мягкой стали 300 – 400 МПа,

Площадь проекции штампуемого рельефа на плоскость, перпендикулярную направлению действия силы, мм 2 .

Сила для рельефной штамповки на кривошипных прессах небольших деталей (), из тонкого материала (до 1.5 мм) может быть определена по эмпирической формуле:

где - площадь штампуемого рельефа, мм 2

Коэффициент: для стали 200 – 300 МПа,

Для латуни 150 – 200 МПа.

Сила при формовке полусферическим пуансоном без учета контактного трения и неравномерности толщины заготовки в очаге деформации можно определить по формуле:

при

При формовке ребра жесткости (рифте) пуансоном с поперечным сечением в виде кругового сегмента.

где - длина ребра, при

Или,

где - коэффициент, зависит от ширины и глубины рифте

2. Отбортовка

2.1. Отбортовка отверстий

Процесс отбортовки отверстий заключается в образовании в плоском или полом изделии с предварительно пробитым отверстием (иногда и без него) отверстия большего размера с цилиндрическими бортами или бортами другой формы.

Отбортовкой получают отверстия с диаметром 3…1000мм и толщиной = 0,3…30мм. Данный процесс широко используется в штамповочном производстве, заменяя операции вытяжки с последующей вырубкой дна. Особенно большую эффективность дает применение отбортовки отверстия при изготовлении деталей с большим фланцем, когда вытяжка затруднительна и требует нескольких переходов.

При рассматриваемом процессе происходит удлинение в тангенциальном направлении, и уменьшение толщины материала.

Для относительно высокого борта расчет диаметра исходной заготовки выполняют из условия равенства объемов материала до и после деформирования. Исходными параметрами являются диаметр отбортованного отверстия и высота борта детали (рис. 6). По этим параметрам рассчитывается требуемый диаметр исходного отверстия:

где.

Если высота борта задана чертежом детали (рис. 6), то диаметр отверстия под отбортовку для низкого борта приближенно подсчитывают, как в случае простой гибки по формуле:

где;

Радиус закругления рабочего ребра матрицы,

или

где - высота борта, мм, - радиус отбортовки, - толщина исходного материала.

В случае заданного диаметра под отбортовку высоту борта можно определить по зависимости:

Рисунок 6 – Схема для расчета параметров отбортовки - высоты борта и - диаметра отверстия под отбортовку

На высоту отбортовки большое влияние оказывает радиус. При больших его значениях высота борта значительно увеличивается.

При получении небольших отверстий под резьбу или запрессовку осей, когда конструктивно необходимо иметь цилиндрические стенки, применяется отбортовка с малым радиусом закруглений и малым зазором (рис7, а).

При применении рассматриваемой операции для увеличения жесткости конструкции: при отбортовке крупных отверстий, окон авиационных, транспортных, судостроительных конструкций, отбортовке люков, горловин, раструбов и т.д., процесс лучше производить при большой величине зазора между пуансоном и матрицей и при большом радиусе закругления матрицы (рис.7, б). В этом случае получается малая цилиндрическая часть борта.

а) б)

Рисунок 7 – Варианты отбортовки: а- с малым радиусом закругления матрицы и малым зазором, б – с большим зазором

Число переходов, необходимых для получения отбортовки, определяют по коэффициенту отбортовки:

где - диаметр отверстия до отбортовки;

Диаметр отбортовки по средне линии.

Предельно допустимый коэффициент для заданного материала можно определить аналитически:

где - относительное удлинение материала;

Коэффициент, определяемый условиями отбортовки.

Наименьшая толщина у края борта составляет:

Величина коэффициента отбортовки зависит:

1. От характера отбортовки и состояния кромок отверстия (сверлением или пробивкой получено отверстие, наличие или отсутствие заусенцев).
2. От относительной толщины заготовки.
3. От рода материала, его механических свойств и формы рабочей части пуансона.

Наименьшее значение коэффициента следует принимать при отбортовке рассверленных отверстий, наибольшие – пробитых. Это вызвано наклепом после пробивки. Для снятия его вводят отжиг или зачистку отверстия в зачистных штампах, что позволяет повысить пластичность материала.

Пробивку отверстий под отбортовку следует производить со стороны, противоположной направлению отбортовку, или укладывать заготовку заусенцами вверх, чтобы грань с заусенцами оказалась менее растянутой, чем закругленная грань.

При отбортовке дна предварительно вытянутого стакана с отверстием (рис. 8)общую высоту детали, полученную после деформирования можно определить по формуле:

где - глубина предварительной вытяжки.

Рисунок 8- Схема для расчета отбортовки в дне предварительно вытянутого стакана: 1-матрица, 2-пуансон, 3-прижим

В связи со значительным растяжением материала на кромке технологического отверстия в результате увеличения до происходит существенное утонение края кромки:

где - толщина кромки после утонения.

За одну операцию одновременно с отбортовкой можно произвести утонение стенки до.

При проколке отверстия максимальный диаметр для каждого вида и толщины материала, как правило, устанавливается опытным путем. Кромка торца вертикальных стенок при этом всегда остаются рваной, поэтому проколка применима только для неответственных деталей.

Технологическая сила, требуемая для отбортовки круглых отверстий, определяется по формуле:

где - придел прочности штампуемого материала, МПа.

Сила прижима при отбортовке может быть принята равной 60 % от силы прижима при вытяжке при аналогичных условиях (толщина, вид материала, диаметр кольцевой площадки под прижимом).

2. Геометрические параметры инструмента для отбортовки

Размеры рабочих деталей штампов для отбортовки круглых отверстий можно определять в зависимости от диаметра отбортовки с учетом некоторого пружинения штампуемого материала и припуска на изнашивание пуансона:

где - номинальное значение диаметра отбортованного отверстия;

Заданный допуск на диаметр отбортованного отверстия.

Матрицу изготавливают по пуансону с зазором.

Зазор зависит от толщины исходного материала и вида заготовке и может быть определен по следующим соотношениям:

• в плоской заготовке -
• в дне предварительно вытянутого стакана -

или из таблицы 1.

Рабочая часть пуансонов для отбортовки может иметь различную геометрию (рис. 9):

а) трактрисы, обеспечивающей минимальное усилие отбортовки;

б) конусную;

в) сферическую;

г) с большим радиусом закругления;

д) с малым радиусом закругления.

А) б) в) г) д)

Рисунок 9 – Формы рабочей части пуансонов

Пуансоны со сферической геометрией рабочей части и с малым радиусом закругления требуют наибольшего усилия отбортовки.

Таблица 1-Односторонний зазор при отбортовке

Вид обработки	Толщина материала заготовки
Плоская заготовка	0,25	0,45			0,85	1,00	1,30	1,70
Дно предварительно вытянутого стакана	0,25	0,45	0,55		0,75	0,90	1,10	1,50

Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.вшм>
6634.		Формоизменяющие операции листовой штамповки. Гибка	617.41 KB
	Виды гибки. Конструктивные особенности штампов для гибки. Виды гибки Это операции обработки металлов давлением в результате которых изменяется форма заготовки путем пластического деформирования. В зависимости от этих форм различают следующие виды гибки: одноугловую или V образную рис.
6633.		Формоизменяющие операции листовой штамповки. Вытяжка	217.88 KB
	Виды вытяжки. Виды вытяжки Вытяжка – это процесс превращения плоской заготовки плоской или полой в полое изделие. В процессе вытяжки из-за наличия избыточного материала во фланце происходит вытеснение его и перемещение по пуансону. При вытяжке плоская заготовка перемещаясь во время вытяжки изменяет свои размеры и занимает ряд промежуточных положений.
6631.		Формоизменяющие операции листовой штамповки. Обжим и раздача	819.4 KB
	Определение размеров исходной заготовки. Определение размеров исходной заготовки. При обжиме открытый конец полой заготовки или трубы вталкивается в воронкообразную рабочую часть матрицы имеющую форму готового изделия или промежуточного перехода...
6636.		Технология холодной листовой штамповки. Разделительные операции	410.26 KB
	Отрезка – это полное отделение одной части заготовки от другой по незамкнутому контуру путем сдвига. Отрезка – это заготовительная операция, в процессе которой осуществляется резка листа на полосы заданной длины, резка ленты на полосы. Операция отрезки осуществляется на специальных машинах-ножницах или на прессах в штампах.
6635.		Технология холодной листовой штамповки. Раскрой материала	91.88 KB
	Раскрой материала. Раскрой листа на полосы. Существует два основных способа получения деталей: с перемычкой раскрой с отходом; без перемычки раскрой без отхода. Чаще применяется раскрой с перемычкой.
5556.		Разработка системы управления РТК штамповки	423.86 KB
	Целью курсового проекта является разработка системы управления РТК штамповки. Актуальность разработки данной системы управления состоит в том что она позволит снизить прежде всего долю ручного труда что позволит повысить качество выпускаемой продукции и экономические затраты так как РТК внедряется на базе существующих прессов. Определим вид автоматического устройства управления которое будет управлять объектом. Данный объект управления – сложный процесс состоящий из отдельных операций.
16016.		Технологические основы процесса объемной штамповки	632.62 KB
	Закрытая штамповка обеспечивает получение поковок без заусенца, благодаря чему заготовка может быть уменьшена на объем этого заусенца, а отсутствие заусенца по периметру поковки ведет к сокращению цикла технологического процесса и экономии электроэнергии и штамповой стали.
69.		Операции над 3D объектами	276.43 KB
	Как и в первом случае существует возможность выбора типа массива прямоугольный или круговой: Rectngulr or Polr rry. В случае прямоугольного массива необходимо задать количество строк столбцов и уровней: Number of rows Number of collumns Number of levels а также дистанцию между строками столбцами и уровнями: Distnce between rows и т. В случае кругового массива необходимо указать количество элементов: Number of items угол заполнения: ngle to fill 0360 поворачивать или нет объекты при размещении в пространстве:...
72.		Операции над 3D телами	23.41 KB
	Сведения из теории Логические операции Boolen Объединение Union Раздел главного меню “Изменить Редактирование сплошных тел â€: Объединение Commnd line Командная строка: _union Рис 1. Выбранными объектами могут быть либо регионы либо тела которые лежат в любых плоскостях. Результатом выполнения данной операции является тело которое включает в себя общие объемы всех выбранных тел.
3314.		Операции над предикатами	62.34 KB
	Методы эмпирического познания: наблюдение сравнение эксперимент. Наблюдение как средство познания дает первичную информацию это преднамеренное и целенаправленное восприятие явлений и процессов без прямого вмешательства в их течение подчиненное задачам научного исследования. для познания объектов их сравнение должно осуществляться по наиболее важным существенным для данного явления признакам. Методы теоретического познания: абстрагирование идеализация формализация и др.

Использование: область обработки металлов давлением. Сущность: способ отбортовки отверстий, при котором заготовку деформируют с одновременной обработкой очага деформации до пластического состояния электрическим током. При этом ток подают импульсами в центральную часть очага деформации на ширину обработки, равную 0,35 ... 0,45 диаметра отбортовываемого отверстия. 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способам интенсификации операции отбортовки отверстий в листовых и трубчатых заготовках различных материалов, и может найти применение в авиационной и смежных с ней отраслях промышленности машиностроения. Из научно-технической литературы известно, что отбортовка отверстий это операция, часто применяемая в технологи производства деталей летательных аппаратов. Отбортовка применяется для образования борта по краям отверстий и по незамкнутому, но вогнутому контуру. В большинстве случаев изготавливаемые с помощью отбортовки борта представляют собой элементы жесткости листовых деталей или переходные элементы, применяемые для последующего соединения деталей в единую конструкцию. Увеличение предельных возможностей операции отбортовки отверстий листовых заготовок приводит к увеличению высоты изготавливаемых бортов и, следовательно, либо к увеличению жесткости изготавливаемых деталей при снижении их веса, что особо важно для деталей летательных аппаратов, либо к улучшению возможностей по применению различных методов соединения деталей. Таким образом, интенсификация операции отбортовки отверстий представляется весьма важной. Известен способ операции отбортовки отверстий основанный на изменении схемы напряженно-деформированного состояния в очаге деформации. Как известно, при традиционной схеме деформирования (отбортовка перемещающимся пуансоном) в очаге деформации возникает двухстороннее растяжение. При приложении сжимающего усилия к торцу отбортовываемого отверстия, в соответствии с описываемым способом интенсификации, за счет возникновения в радиальном направлении интенсивных сжимающих напряжений удается в значительной степени компенсировать влияние растяжения в тангенциальном направлении на процесс деформирования. Данный способ кроме существенного увеличения степеней формоизменения позволяет изготавливать борта без изменения толщины исходной заготовки. Среди недостатков способа интенсификации операции отбортовки следует отметить: значительное усложнение оснастки и увеличение затрат на ее производство, увеличение контактных напряжений, приводящее к уменьшению стойкости деталей штампа. Известен способ интенсификации операции отбортовки отверстий в соответствии с которым очаг деформации заготовки перед ее формоизменением нагревают до температур, соответствующих повышению пластических свойств деформируемых материалов. Причем нагрев выполняют дифференцированно. Вблизи кромки отверстия материал нагревают до больших температур, чем в зоне сопряжения борта со стенкой. Описываемый способ интенсификации позволяет повысить предельные возможности процесса формоизменения. Среди недостатков описанного способа следует указать: длительность цикла производства одной детали, обусловленная длительностью нагрева деталей штамповочной оснастки и собственно заготовки, значительность энергетических затрат. Решаемой задачей настоящего изобретения является повышение технологических возможностей операции отбортовки отверстий, повышение качества деталей и снижение производственных затрат. Указанная цель достигается тем, что в способе интенсификации операции отбортовки отверстий, включающем обработку очага деформации электрическим током до пластического состояния в плоскости листа в процессе ее деформирования, электрический ток подают импульсами в центральную часть очага деформации заготовки, на ширину обработки B обр. равную: B обр. =(0,35.0,45) D отв, где: D отв исходный диаметр отверстия. На фиг. 1 изображен фрагмент листа с отбортовываемым отверстием и схематическим изображением контактов и линий электрического тока обработки; на фиг. 2 зависимость коэффициента отбортовки от величины отношения ширины зоны обработки B обр к диаметру исходного отверстия D отв. При осуществлении данного способа обработки заготовок в процессе их деформирования реализуется модель неравномерной электроимпульсной обработки. Как уже отмечалось выше при реализации равномерной электроимпульсной обработки в радиальном направлении заготовок в процессе отбортовки отверстий кромка отверстия обрабатывается импульсным электрическим током только в начальный момент деформирования. В последующем, по мере увеличения зоны контакта заготовки с токопроводящим пуансоном, кромка отверстия ведется током не обрабатывается и не пластифицируется. При реализации модели неравномерной обработки током в плоскости листа центральные части заготовки между токопроводящими элементами 1 обрабатываются с максимальной интенсивностью, о чем свидетельствует графическое изображение линий тока 2. Интенсивность обработки кромок отверстий 3 при этом еще более возрастает за счет дополнительной концентрации тока, обусловленной "сгибанием" током "препятствия", в роли которого выступает само отверстие. Краевые же части заготовки обрабатываются за счет рассеяния линий тока с уменьшением интенсивности обработки по мере удаления от токовыводящих элементов. Таким образом обрабатываемость отбортовываемого отверстия 3 не зависит от степени прилегания к пуансону и осуществляется за счет "затекания" тока, объясняемого неравномерностью электроимпульсной обработки. Реализация данного способа при образовании бортов по краям отверстий или по незамкнутому, но разработку в целях повышения пластических свойств материалов и восстановления их ресурса пластичности в процессе всего этапа деформирования, что приводит к повышению степени формоизменения. Пример. При экспериментальном определении эффективности предлагаемого способа операции отбортовки производилось сравнение предельных степеней формоизменения деталей, изготовленных в соответствии с прототипом и изготовленных в соответствии с формулой предполагаемого изобретения. В качестве параметра для сравнения принималась величина коэффициента отбортовки k отб, определяемая как отношение диаметра исходного отверстия D отв к диаметру полученного борта D б. Электроимпульсная обработка заготовок в процессе их деформирования выполнялось от источника импульсного тока, в состав которого входили: понижающий трансформатор мощностью 250 кВт; прерыватель тока сварочного типа, используемый для регулирования в широких пределах энергетических и временных параметров тока обработки. Для изменения энергетических и временных параметров тока обработки применялся запоминающий осциллограф С8-13 и измерительный трансформатор тока. Деформирование заготовок из различных материалов осуществлялось на гидравлическом прессе с максимальным усилием 300 кН. Специально сконструированная и изготовленная экспериментальная оснастка со сменными пуансоном и матрицей позволяла производить деформирование заготовок в соответствии с обоими сравниваемыми способами. Применение токопроводящих электроизолированных друг от друга пуансона и матрицы обеспечивало возможность осуществления процесса деформирования в соответствии со способом, принятым за прототип. Применение пуансона, матрицы и прижима из изоляционных термостойких материалов со встроенными в прижим электроконтактами позволяло деформировать материалы по способу, предлагаемому в формуле изобретения. Причем при деформировании заготовок в соответствии с предлагаемым изобретением за счет применения разноразмерных токопроводящих прокладок обеспечивалась возможность варьирования зоной обработки током и, следовательно, варьирования степенью неравномерности электроимпульсной обработки. Для соответствия экспериментальных данных, полученных по обоим схемам деформирования, формоизменение осуществлялось конусными пуансонами с углом конусности 30. Эффективность предлагаемого способа интенсификации операции отбортовки выявлялась в процессе деформирования заготовок из сплавов: Д16М, В95М, 12Х18Н10Т, ОЕ4. Толщина листовых заготовок из всех исследуемых сплавов составляла 2 мм. Отверстия в заготовках получали сверлением с последующей зачисткой кромок. Соотношения величин коэффициентов отбортовки, полученных при деформации в соответствии со способом, принятым за прототип и в соответствии с предлагаемым изобретением, приведены в таблице. Из анализа данных, приведенных в таблице, следует, что применение электроимпульсной обработки материалов в процессе их деформирования, осуществляемое в соответствии с существом настоящего изобретения, позволяет в среднем на 35% уменьшить величину коэффициента отбортовки и, следовательно, существенно увеличить предельные возможности операции по отношению к способу обработки заготовок импульсным током в процессе их формоизменения, принятым за прототип. Это однозначно свидетельствует о преимуществах данного способа интенсификации операции отбортовки по отношению к способу, принятому за прототип, и подтверждает цели, описанные в отличительной части формулы изобретения. Для определения оптимальной величины зоны обработки импульсным электрическим током производилась отбортовка отверстий с варьированием в широких пределах шириной контактов токопроводов. Для этого в экспериментах применялись равноразмерные токопроводящие прокладки. При применении этих прокладок величина зоны обработки изменялась от B обр 0,25 D отв до B обр 0,7 D отв с шагом B 0,05 D отв. Эксперименты проводились на всех перечисленных выше материалах. В качестве параметра сравнения также как и ранее использовалась величина коэффициента отбортовки k отб. Результаты, полученные в данной части описываемых экспериментальных исследований для алюминиевого сплава Д16М, приведены на фиг. 2. Из анализа зависимости коэффициента отбортовки k отб от величины отношения B обр /D отв, определяющем зону обработки импульсного сплава Д16М в процессе ее деформирования при осуществлении операции отбортовки отверстий (фиг. 2), можно сделать следующие выводы: при уменьшении зоны обработки импульсным электрическим током и, следовательно, увеличении неравномерности обработки очага деформации наблюдается уменьшение коэффициента отбортовки, что свидетельствует об увеличении предельных степеней формоизменения; минимальные значения коэффициента отбортовки принимают при обработке зон заготовки, соответствующих ширине B обр (0,25.0,45) D отв; при величине зоны обработки B обр импульсным током меньше 0,35 от диаметра исходного отверстия под отбортовку D отв из-за значительных концентраций тока около контактов наблюдается интенсивный материал заготовки, приводящий к возникновению пригаров, прожогов и других неустранимых поверхностных дефектов (штриховая часть линии на фиг. 2). Таким образом нецелесообразно при выполнении операции отбортовки отверстий уменьшить зону обработки импульсным электрическим током B обр меньше величины 0,35 от диаметра исходного отверстия D отв. Результаты экспериментальных исследований по определению оптимальной зоны обработки импульсным электрическим током заготовок из других перечисленных выше материалов при отбортовке на них отверстий полностью аналогичны приведенным выше для алюминиевого сплава В16М, поэтому они, как и выводы по ним, не приводятся. Приведенные выше экспериментальные исследования подтверждают предлагаемый в формуле изобретения диапазон зон электроимпульсной обработки листовых заготовок в процессе отбортовки на них отверстий. Изобретение применимо в аэрокосмической промышленности и смежных с ней отраслях машиностроения.

металл отверстие штамповочный сверхпластичность

Отбортовка отверстий широко используется в штамповочном производстве, заменяя операции вытяжки с последующей вырубкой дна. Особенно эффективно применяется отбортовка отверстий при изготовлении деталей с большим фланцем, когда вытяжка затруднительна и требует нескольких переходов. В настоящее время путем отбортовки получают отверстия диаметром 3 ч 1000 мм и толщиной материала 0,3 ч 30 мм.

Под отбортовкой понимают операцию холодной листовой штамповки, в результате которой по внутреннему (внутренняя отбортовка) или наружному (наружная отбортовка) контуру заготовки образуется борт. В основном выполняют внутреннюю отбортовку круглых отверстий. Образование борта в этом случае осуществляется за счет вдавливания в отверстие матрицы части заготовки с предварительно или одновременно с отбортовкой пробитым отверстием. Схема отбортовки круглых отверстий показана на рисунке 2.1. Разновидностью отбортовки является отбортовка с утонением стенки.

Рисунок 2.1 - Схемы отбортовки круглых отверстий: а) сферическим пуансоном; б) цилиндрическим пуансоном

Отбортовку круглых отверстий выполняют сферическим (рисунок 2.1а ) или цилиндрическим пуансоном (рисунок 2.1б ). В последнем случае рабочий конец пуансона выполняют в виде фиксатора (ловителя), обеспечивающего центрирование заготовки по отверстию, с коническим переходом к рабочей части диаметра d п.

Деформация металла при отбортовке характеризуется следующими изменениями: удлинением в тангенциальном направлении и уменьшением толщины материала, о чем свидетельствует радиально-кольцевая сетка, нанесенная на заготовку (рисунок 2.2). Расстояния между концентрическими окружностями остаются без значительных изменений.

Рисунок 2.2 - Заготовка до и после отбортовки

Степень деформации при отбортовке отверстий определяется соотношением между диаметром отверстия в заготовке d и диаметром борта D или так называемым коэффициентом отбортовки:

К = d /D ,

где D определяется по средней линии (см. рисунок 2.2).

Если коэффициент отбортовки превышает предельную величину К пред, то на стенках борта образуются трещины.

Предельный для данного материала коэффициент отбортовки может быть аналитически рассчитан по формуле:

где h - коэффициент, определяемый условиями отбортовки;

d - относительное удлинение, определяемое из испытаний на растяжение.

Величина предельного коэффициента отбортовки зависит от следующих факторов:

1) характера обработки и состояния кромок отверстий (сверление или пробивка, наличие или отсутствие заусенцев);

2) относительной толщины заготовки s /D ;

3) рода материала и его механических свойств;

4) формы рабочей части пуансона.

Существует прямая зависимость предельно допустимого коэффициента отбортовки от относительной толщины заготовки, т. е. с уменьшением d /s величина предельно допустимого коэффициента отбортовки К пред уменьшается и увеличивается степень деформации. Кроме того, величина К пред зависит от способа получения отбортовываемого отверстия, что показано в таблице 2.1 для малоуглеродистой стали. В таблице 2.2 приведены предельные значения коэффициента отбортовки для цветных материалов.

Допустимая величина утонения стенки борта при отбортовке вследствие дефектов края отверстия (заусенцы, наклеп и т. п.) значительно ниже, чем величина поперечного сужения при испытании на растяжение. Наименьшая толщина у края борта составляет:

Таблица 2.1 - Расчетные значения К пред для малоуглеродистой стали

Тип пуансона

Способ получения отверстия

Значения К пред в зависимости от d /s

сферический

пробивка в штампе

цилиндрический

сверление с зачисткой заусенцев

пробивка в штампе

Расчет технологических параметров отбортовки круглых отверстий осуществляют следующим образом. Исходными параметрами являются внутренний диаметр D вн отбортованного отверстия и высота борта Н , заданные чертежом детали. По указанным параметрам рассчитывают требуемый диаметр d технологического отверстия.

Таблица 2.2 - Значения К пред для цветных металлов и сплавов

Для относительно высокого борта расчет диаметра d выполняют исходя из равенства объемов заготовки до и после отбортовки:

где D 1 = d п + 2(r м + s ).

В данной формуле геометрические параметры определяются согласно рисунку 2.1.

Для низкого борта расчет можно выполнять из условия обычной гибки в радиальном сечении:

d = D + 0,86r м - 2Н - 0,57s .

Затем проверяют возможность отбортовки за один переход. Для этого сравнивают коэффициент отбортовки (см. стр.14) с предельным значением К пред: К > К пред.

Усилие отбортовки круглых отверстий цилиндрическим пуансоном может быть приближенно определено по формуле

где s Т - предел текучести материала.

Характер изменения усилия при отбортовке показан на рисунке 2.3 в зависимости от формы очертания рабочей части пуансона.

Рисунок 2.3 - Диаграммы усилия и переходы отбортовки круглых отверстий при различной форме пуансона: а) криволинейной; б) сферической; в) цилиндрической

d 0 =A-K(r M +S/2)-2ft,

где!)! - наружной диаметр борта; г м - радиус закругления мат­рицы; S - толщина заготовки; h- высота борта.

Обжим(рис. 17.46, б)- уменьшение периметра поперечного сечения полой заготовки. В очаге деформации толщина стенки изделия несколько увеличивается. Во избежание образования продольных складок в обжимаемой части необходимо соблюдать коэффициент обжима

К=~- = 1,2 ...1,4,

где £ заг, d m - диаметр заготовки и детали.

Холодную листовую штамповку осуществляют в основном на кривошипных прессах. По технологическому признаку механи­ческие прессы разделяют на прессы простого, двойного и трой­ного действия (соответственно одно-, двух- и трехползунные). Кинематическая схема кривошипного листоштамповочного прес­са простого действия во многом аналогична схеме кривошипного горячештамповочного пресса.

Пресс двойного действия (рис. 17.47) предназначен для глу­бокой вытяжки крупных деталей. Он имеет два ползуна - внут­ренний 3 с приводом от кривошипа и наружный 2 с приводом от кулачков 1, закрепленных на валу. Вначале наружный ползун обгоняет внутренний и прижимает фланец заготовки к матрице. Во время вытяжки пуансоном, закрепленным на внутреннем ползуне, наружный ползун неподвижен. По окончании вытяжг ки ползуны поднимаются.

Рис. 17.47. Схема однокривошипного пресса двойного действия

Для холодной штамповки крупногабаритных изделий исполь­зуют гидравлические прессы.

В качестве инструмента при холодной листовой штамповке используют штампы. Они состоят из блоков деталей и рабочих частей - матриц и пуансонов. Рабочие части непосредственно деформируют заготовку. Детали блока (верхняя и нижняя плиты, направляющие колонки и втулки) служат для опоры, направле­ния и крепления рабочих частей штампа. По технологическому признаку различают штампы простого, последовательного и со­вмещенного действия.

В штампе простого действия(рис. 17.48) за один ход ползу­на выполняется одна операция, поэтому его называют одноопера- ционным. Нижней плитой штамп устанавливают на стол пресса и крепят к нему болтами и скобами, верхнюю плиту небольших штампов крепят к ползуну с помощью хвостовика, а верхнюю плиту крупных штампов крепят к ползуну так же, как и ниж­нюю плиту, к столу пресса. Полосу или ленту подают в штамп между направляющими линейками до упора, который ограни­чивает шаг подачи полосы или ленты. Для снятия высечки с пу­ансона служит съемник.

В штампе последовательного действияза один ход ползуна выполняют одновременно две или больше операций в различных позициях, а заготовка после каждого хода пресса перемещается на шаг подачи. На рис. 17.49 представлена схема штампа по­следовательного действия для пробивки и вырубки. За каждый ход пресса происходит подача заготовки до упора 1, затем пуан­сон 3 пробивает отверстие в заготовке, а пуансон 2 при следую­щем ходе пресса производит вырубку детали.

В штампе совмещенного действия(рис. 17.50) за один ход пол­зуна пресса две и более операции выполняются в одной позиции без перемещения заготовки в направлении подачи. При движении

ползуна вниз пуансон 5 и матрица 8 производят вырубку заготов­ки из полосы 6, а пуансон 7 - одновременно вытяжку изделия в матрице 5. Последовательность операций вытяжки обозначе­ны на рисунке позициями 10...12.

Штампы последовательного n совмещенного действия назы­вают многооперационными. Они производительнее одноопера- ционных, но сложнее и дороже в изготовлении. Их используют в крупносерийном и массовом производстве.

Вытяжка

Вытяжка – формоизменение листовой заготовки в чаше- или коробообразную оболочку или заготовки в виде такой оболочки в более глубокую оболочку, происходящее за счет втягивания пуансоном в матрицу части материала, находящегося на зеркале за контуром проема (полости) матрицы, и растяжения части, находящейся внутри контура. Существуют разновидности вытяжки – осесимметричная, неосесимметричная и сложная. Неосесимметричная вытяжка – вытяжка неосесимметричной оболочки, например коробообразной, имеющей две или одну плоскости симметрии. Сложная вытяжка – вытяжка оболочки сложной формы, обычно не имеющей ни одной плоскости симметрии. Осесимметричная вытяжка – вытяжка оболочки из осесимметричной заготовки осесимметричными пуансоном и матрицей (рис. 9.39, 9.40).

Рис. 9.39. Схема вытяжки (а ) и вид полученной заготовки (б )

Рис. 9.40. Внешний вид заготовок после вытяжки (а ) и отсечки технологического отхода (б)

При вытяжке плоская заготовка 5 втягивается пуансоном 1 в отверстие матрицы 3. Во фланце заготовки при этом возникают значительные сжимающие напряжения, которые могут вызвать образование складок.

Для предотвращения этого применяют прижимы 4. Их рекомендуется использовать для вытяжки из плоской заготовки при D з – d 1 = 225, где D з – диаметр плоской заготовки; d 1 – диаметр детали или полуфабриката; δ – толщина листа. Процесс характеризуется коэффициентом вытяжки т =d 1/D з. Для предотвращения отрыва дна он не должен превышать определенного значения. Глубокие детали, которые по условиям прочности нельзя вытянуть в один переход, вытягивают в несколько переходов. Значение коэффициента т выбирают по справочным таблицам в зависимости от вида и состояния заготовки. Для мягкой стали при первой вытяжке значение т принимают 0,5–0,53; для второй – 0,75–0,76 и т.д.

Усилие вытяжки цилиндрического полуфабриката в штампе с прижимом определяют приближенно по формуле

где Р 1 – собственное усилие вытяжки, ; Р2 – усилие прижима, ; п – коэффициент, значение которого выбирают по справочным таблицам в зависимости от коэффициента т; σв – предел прочности материала; F 1 – площадь сечения цилиндрической части полуфабриката, через которую передается усилие вытяжки; q – удельное усилие вытяжки; F 2 – площадь контакта прижима и заготовки в начальный момент вытяжки.

Значение q выбирают по справочникам. Например, для мягкой стали оно составляет 2–3; алюминия 0,8–1,2; меди 1–1,5; латуни 1,5–2.

В зависимости от вида вытягиваемого полуфабриката пуансоны и матрицы могут быть цилиндрическими, коническими, сферическими, прямоугольными, фасонными и др. Их делают с закруглением рабочих кромок, величина которых влияет на усилие вытяжки, степень деформации, возможность образования складок на фланце. Размеры пуансона и матрицы выбирают так, чтобы зазор между ними составлял 1,35–1,5 толщины деформируемого металла. Пример пуансона для получения цилиндрических деталей показан на рис. 9.41.

Рис. 9.41.

1 – корпус штампа; 2 – корпус пуансона; 3 – пуансон

Отбортовка

Это формоизменение, при котором часть листовой заготовки, расположенная вдоль ее замкнутого или незамкнутого контура, под действием пуансона смещается в матрицу, одновременно растягивается, поворачивается и превращается в борт. Образование борта из области, расположенной вдоль выпуклого замкнутого или незамкнутого контура листовой заготовки, представляет собой неглубокую вытяжку, а вдоль прямолинейного контура – гибку.

Существует два вида отбортовки – внутренняя отбортовка отверстий (рис. 9.42, а ) и внешняя отбортовка наружного контура (рис. 9.42, б ), которые различаются между собой характером деформации и схемой напряжений.

Рис. 9.42.

а – отверстий; б – наружного контура

Процесс отбортовки отверстий заключается в образовании в плоском или полом изделии с предварительно пробитым отверстием (иногда и без него) отверстия большего диаметра с цилиндрическими бортами (рис. 9.43).

Рис. 9.43.

За несколько операций в плоской заготовке можно получать отверстия с отбортовкой сложной формы (рис. 9.44).

Рис. 9.44.

Отбортовка отверстий позволяет не только получать конструктивно удачные формы различных изделий, но и экономить штампуемый металл. В настоящее время отбортовкой получают детали с диаметром отверстия 3–1000 мм при толщине материала 0,3–30,0 мм (рис. 9.45).

Рис. 9.45.

Степень деформации определяется отношением диаметра отверстия в заготовке к диаметру борта по средней линии D (рис. 9.46).