Глубокая вытяжка листового металла

Глубокая вытяжка листового металла

Глубокая вытяжка

Глубокая вытяжка — процесс, при котором из плоской заготовки получают полую деталь любой формы. Формообразование представляет собой результат пластической деформации, сопровождаемой смещением значительной части обрабатываемого металла по высоте изделия. При большой степени деформации и малой толщине исходного материала возникает неблагоприятное напряженно-деформированное состояние, что приводит к образованию гофр, трещин, разрывов металла.
Детали, получаемые глубокой вытяжкой, в зависимости от их формы подразделяют на три группы: 1) осесимметричные (цилиндрические, конические, ступенчатые, криволинейные и т. д.);
2) коробчатые;
3) сложные несимметричные.
Такие детали получают двумя способами:
1) глубокой вятяжкой без утонения стенки.
2) глубокой вытяжкой с утонением стенки.
При глубокой вытяжке без утонения стенки процесс осуществляется посредством непрерывного перемещения пуансона с заготовкой в матрицу, в результате чего внешний диаметр заготовки непрерывно уменьшается. Степень деформации по высоте образующей части цилиндра непрерывно возрастает и максимальна на его торце. Неравномерность деформации обусловливает и неравномерность наклепа по высоте детали.
Толщины исходной заготовки и полученного изделия различны, причем толщина дна изделия близка к толщине заготовки, а в местах перехода донной части к боковой стенке образуется утонение (10—25 %), у торца изделия —утолщение (15—25 %). Толщина стенки у торца для I детали без фланца а для детали с фланцем где и si —толщина стенки у торца детали без фланца и с фланцем; г — коэффициент; I —толщина заготовки; D3 —диаметр заготовки; D — внешний диаметр детали; диаметр фланца. Величина утонения перехода от дна к стенке связана с радиусом закругления углов матрицы, степенью деформации, зазором между матрицей и пуансоном, усилием прижима заготовки и условиями контактного трения.
Глубокая вытяжка с утонением стенки характеризуется наряду с изменением толщины исходного материала уменьшением наружного и внутреннего диаметров заготовки.
При разработке технологии вытяжки с утонением вычисленный объем листовой заготовки должен быть на 15—20 % больше объема изделия (припуск на обрезку).
Число операций определяется в зависимости от степени деформации, где F и f2 — поперечное сечение до и после деформации, мм.; и I — толщина стенки до и после деформации, мм; т — коэффициент вытяжки.
Высота вытянутой детали где d — внутренний диаметр детали. При глубокой вытяжке цилиндрических деталей диаметр заготовки можно определить несколькими способами, используя равенство площадей заготовки и готовой детали (при вытяжке деталей без утонения стенки) или равенство объемов заготовки и готовой детали (при глубокой вытяжке деталей с утонением стенки).
При применении способа расчета по равенству площадей заготовки и готовой детали учитывается и припуск на обрезку. Вычисление площади детали осуществляется путем ее разделения на простые геометрические элементы в зависимости от ее формы.
Сумма вычисленных площадей отдельных элементов изделия определяет площадь заготовки.
Способ расчета D3 по равенству объемов исходной заготовки V3 и готовой детали Уд с учетом необходимого объема на обрезку используется при вытяжке с утонением стенки. Объем вытянутой детали определяется разницей между объемами внешнего и внутреннего цилиндров: где s — толщина заготовки, мм. Определение степени деформации и коэффициента вытяжки. В зависимости от соотношения между высотой и диаметром детали, а также толщины листовой заготовки вытяжка может быть осуществлена за один или несколько переходов. Определение числа переходов — одна из самых ответственных задач для технолога, который должен учитывать следующие основные показатели: коэффициент вытяжки где D —диаметр детали, мм.
Допустимая величина коэффициента вытяжки зависит от формы и размеров детали, ее механических свойств, состояния поверхности заготовки, толщины исходного материала, геометрической формы пуансона и матрицы, способа вытяжки (с прижимом или без прижима), смазочного материала и т. д.
В табл. 8.4 приведены оптимальные допустимые коэффициенты вытяжки для цилиндрических деталей без фланца (при вытяжке с прижимом) в зависимости от толщины заготовки для сталей 08, ЮГ и 18Г. При этом малые значения т необходимо использовать при малых радиусах кромок (г — 4-H8S), а большие значения — при больших радиусах кромок (г = 8 ч- 15s).
Таблица 8.4 Коэффициент глубокой вытяжки т для деталей без фланца При вытяжке низкоуглеродистых сталей, холоднокатаного алюминия коэффициент вытяжки должен быть увеличен на 1,5— 2,0 %, а при вытяжке сталей 05, 08, 10, алюминия и других материалов он должен, быть уменьшен на 1,5—2 % по сравнению со значениями, приведенными в табл. 8.4.
В случае использования промежуточного отжига коэффициент вытяжки для каждой следующей операции увеличивают на 2,5— 5 %.
На практике в некоторых случаях вытяжка может быть осуществлена без прижима. Прижим рекомендуют, когда соблюдается условие
При проведении технологических расчетов наряду с определением числа отдельных переходов необходимо вычислить высоту цилиндрической детали по переходам. Используемые для этой цели формулы приведены в табл. 8.5.
Определение усилия вытяжки и прижима. Инженерные расчеты при определении усилия прижима основываются на том, что допустимые напряжения в опасных сечениях должны быть меньше напряжения разрушения деформируемого материала.

Читать еще:  Пробойник отверстий в металле

Технологическая разработка глубокой вытяжки

Цель работы: Изучить отдельные операции листовой штамповки и разработать технологический процесс глубокой вытяжки.

Материалы, применяемые для листовой штамповки

При выборе материала для холодной штамповки необходимо учитывать эксплуатационные свойства получения деталей и способность материала к обработке давлением.

Из углеродистой стали обыкновенного качества (ГОСТ 380-2005, марки Ст0, Ст1, Ст2 и др.) штампуют детали, несущие малые нагрузки, бытовые изделия. Из качественной углеродистой стали (ГОСТ 1050-88, марки 10, 15 и др.) штампуют детали с повышенными требованиями прочности. Широкое применение для листовой штамповки находит качественная конструкционная кипящая сталь (ГОСТ 1050-88, марок 05кп, 08кп, 10кп, 15кп и др.).

Для изготовления сложных облицовочных деталей (например, кузовные детали автомобиля) применяет сталь 08кп ‑ нестареющую сталь с присадкой ванадия, 08сп или 08пс ‑ соответствующую спокойной или полуспокойной стали, раскисленной алюминием.

Для изготовления ответственных штамповых деталей применяют различные легированные стали: 10Г2А, 12Г2А, 20ХГСА, 25ХГСА и др.

При листовой штамповке из цветных металлов и их сплавов наибольшее распространение получили: алюминий – A1, А2, A3; АД, АД1; сплавы алюминия ‑ Д1, Д6, Д16, АМг1, АМг5, АМц; медь ‑ М1, М2, М3; латунь ‑ Л62, Л68, Л70; магниевые сплавы, титан и его сплавы, некоторые неметаллические материалы: картон, бумага, кожа, резина асбест, метилметакрилат (органическое стекло) и др.

Формоизменяющие операции листовой штамповки

Операции листовой штамповки подразделяются:

а) разделительные, при которых одна часть металла отделяется от другой;

б) формоизменяющие, при которых изменяется форма заготовок без их разрушения;

в) комбинированные, при которых сочетаются разделительные и формоизменяющие переходы обработки;

г) штампосборочные, при которых механически соединяются листовые штампованные детали.

К разделительным операциям относятся: резка, вырезка, вырубка. Схема операции вырубки показана на рис.1.

К формоизменяющим операциям листовой штамповки относятся: гибка, вытяжка, отбортовка, обжим, формовка и др. Условия деформации металла при этих операциях отличаются друг от друга.

Наиболее сложной операцией листовой штамповки является вытяжка (рис.2). Вытяжка ‑ это операция превращения плоской заготовки в полое изделие. При этом от металла требуется высокая пластичность, в частности равномерная деформация, определяемая (косвенно) отношением . Наилучшие характеристики имеет медь, латунь, малоуглеродистая сталь 08 кп и др.

Рис.1. Эскиз штампа вырубки: 1 ‑ пуансон;

2 ‑ полоса листового металла; 3 – матрица.

Рис. 2. Эскиз штампа вытяжки: 1 ‑ пуансон;

2 – кольцевой прижим; 3 – матрица; 4 – заготовка.

Процесс штамповки ‑ вытяжки производится в штампе нажатием пуансона 1 на среднюю часть плоской заготовки 4. Донышко будущей детали, проходя через матрицу, тянет за собой остальную часть заготовки к центру, что приводит к ее сворачиванию, уменьшению в диаметре и образованию стенки вытянутого изделия.

Втягивание (свертывание) заготовки диаметром DЗ в отверстие матрицы диаметром Dм приводит к наличию так называемого избыточного материала.

Вытеснение “избытка” материала обусловливает появление напряжений сжатия , которые действуют на фланце заготовки в тангенциальном направлении. При определенных размерах фланец заготовки может потерять устойчивость, что приводит к образованию складок. Вероятность образования складок тем больше, чем больше отношение ширины фланца к толщине заготовки.

Чтобы исключить явление складкообразований, применяют кольцевые прижимы (складкодержатели) (см. рис.2), которые с определенной силой Рпр прижимают фланец к торцу матрицы, предохраняя от образования складок.

Ротационная вытяжка металла

Ротационная вытяжка — широко распространенный способ обработки металлов, он применяется для изготовления тонкостенных полых деталей в форме тел вращения.

Осуществляется путем приложения давления к вращающейся листовой или полой заготовке, приобретающей в результате форму оправки.

Вытяжка металла и ее виды

Основные виды ротационной вытяжки металла:

Поступенчатое формование

Листовая заготовка в форме круга закрепляется между оправкой и суппортом. Оправка должна совпадать с внутренней конфигурацией изделия. Привод начинает вращать болванку, а управляемое формовочное давление осуществляется специальным пассивным роликом, приводимым в движение вращением заготовки. Давление осуществляется как в продольной, так и радиальной плоскостях. Ролик прижимает металл к оправке и двигается по сложной кривой то к краю болванки, то назад.

Прижим осуществляется за несколько проходов, ступенчато. В конце обработки проводится серия сглаживающих движений ролика с пониженным прижимом для получения высококачественной поверхности.

Читать еще:  Каким клеем можно склеить металл

Проецирование — формование за один проход

Вытяжка осуществляется за один проход. Ролик перемещается параллельно оправке, в зависимости от угла его установки осуществляется большее или меньшее утонение стенки болванки, материал ее смещается под воздействием ролика в осевом направлении.

Проецирование — формование за один проход

Способ отличается экономичностью и точностью соблюдения размеров, а также высоким классом получаемой поверхности..

Закатка с оправкой или без нее

В этом случае осуществляется уменьшение внешнего диаметра заготовки с одновременным утолщением ее стенки за счет перераспределения материала. Закатка осуществляется по направлению к центру, в несколько проходов.

Закатка с оправкой или без нее

Как вариант применяется формование детали отдельными сегментами оправки посредством ролика со смещенным центром. Резка, дополнительное профилирование или отбортовку проводят в качестве завершающих операций.

Комбинированный

Для деталей сложной конфигурации поступенчатое формование, закатки, профилирования и резки применяются совместно в различных сочетаниях.

Процесс ротационной вытяжки металла

В качестве заготовки, как правило, используются листовая пластина в форме круга. Кроме того, для некоторых деталей используют и другие плоские фигуры — овал или эллипс, а также сложные криволинейные замкнутые контуры. Применяют и заготовки — отрезки труб, чаще всего круглых.

Подготовительные операции для уникальных деталей и небольших серий выполняются на кругорезах. В случае больших серий раскрой эффективнее выполнять на станках гидравлической резки, ввиду того, что лазерный или плазменный раскрой связан с воздействием высокой температуры в зоне разреза. Это может ухудшить пластичность материала.

Процесс ротационной вытяжки металла

Технология ротационной вытяжки используется в производстве трубообразных изделий с изменяющимся диметром и толщиной стенок, Кроме того, снаружи возможно сформировать ребра жесткости. Ротационную вытяжку металла используют и в сложных технологических процессах совместно с штамповкой, сваркой, клепкой и слесарными операциями.

Способы формоизменения ротационной вытяжкой металла

Многообразие приемов ротационной вытяжки металла сводится к одному из двух видов:

  • Прямой. Перемещение металла происходит по ходу формующего ролика.
  • Обратный. Перемещение металла происходит против хода формующего ролика.

Прямой способ

Наружный контур пуансона соответствует внутреннему контуру будущего изделия (с учетом необходимых припусков). Из-за этого оправка делается длиннее изделия. Устройство пуансона усложняется, вес, себестоимость и трудоемкость отладки технологического процесса возрастает.

Прямой способ ротационной вытяжки металла

Этот метод применим для формовки деталей в виде конуса и цилиндра с большим соотношением длины к диаметру и диаметра — к толщине стенок.

Обратный

В этом случае оправка должна совпадать по размерам и форме с внутренней поверхностью заготовки, что дает возможность выполнить оправку намного короче, чем будущее изделие.

Толстостенная ротационная вытяжка

Метод используют в производстве изделий с малым отношением длины к диаметру и относительно толстыми стенками.

Операции ротационной вытяжки металла делятся также на формовку:

  • С утонением — сохраняется наружный размер, толщина стенок снижается.
  • Без утонения — толщина стенок при обработке сохраняется, наружный диаметр меняется.
  • С раскатом — сохраняется наружный диаметр, толщина стенок увеличивается.

Основные виды ротационной вытяжки металла

Заготовку закрепляют между оправкой, зафиксированной на приводе, и прижимом суппорта.

Станки для ротационной вытяжки металла

Для реализации технологии применяют следующие виды станков:

  • Давильно-раскатные станки для ротационной вытяжки металла.
  • Станки ротационной ковки.
  • Кругорезы.

На ручных токарно-давильных станках формовка производится мышечной силой рабочего. Используются для выпуска уникальных изделий или особо малых серий. Для средних и больших серий применяют давильно-обкатные (раскатные) станки с числовым программным управлением. Гидравлика или электроприводы, управляемые контроллером согласно программе, загруженной в центральный блок ЧПУ, позволяют с большой точностью контролировать силу и направление прижима, равно как и направление движения ролика, включая самые сложные криволинейные траектории. Такие станки обеспечивают абсолютную идентичность изделий в серии, что особо важно для деталей реактивных двигателей и другой высокотехнологичной продукции

Схема ковки на станках ротационного типа

Станки ротационной ковки позволяют формовать изделия конической формы из труб путем обжимки трубы специальным инструментом — ковочным штампом. Особенность и главное преимущество заключается в уникальной возможности производства изделий, у которых:

  • длина во много раз превышает диаметр.
  • по длине возможно неоднократное изменение диаметра и угла раскрыва конуса.
  • требуется накатка ребер жесткости.

Кругорезы предназначены для раскроя листового проката на плоские заготовки в форме круга или эллипса. Также применяются как с ручным приводом, так и электрогидравлические.

Область применения ротационной вытяжки металла

Метод применяется для производства:

  • деталей реактивных двигателей в системах вооружения;
  • днищ и крышек резервуаров;
  • различных экранов в радиотехнике, включая радарные экраны;
  • тонкостенные сосуды сложной формы: бидоны, чайники, баллоны, котелки;
  • детали корпусов строительных миксеров;
  • детали вентиляторов и вытяжных зонтиков.
Читать еще:  Как ковать металл в домашних условиях

Изделия изготовленные путем ротационной вытяжки

Метод применяется также в производстве предметов современного искусства и в ателье по кастомизации уникальных мотоциклов и автомобилей.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Вытяжка заготовки

Вытяжка заготовки без утонения стенки

Вытяжка без утонения стенки — операция, превращающая плоскую заготовку в полое изделие (полуфабрикат), без обусловленного изменения толщины стенок.

Исходную плоскую заготовку для вытяжки получают с помощью вырубки. Заготовка для изготовления детали, имеющей форму тела вращения, представляет собой диск.

Схема операций вытяжки приведена на рис. 179. Нажимая пуансоном на заготовку, последняя постепенно вдавливается в отверстие матрицы. Центральная часть заготовки тянет за собой остальную кольцевую часть (фланец) до тех пор, пока вся заготовка не пройдет через отверстие матрицы ( рис. 179, а ).

Рис. 179. Схема операции вытяжки: а — первая вытяжка; б — образование складок; в— с прижимом заготовки; г — без прижима; д — с прижимом.

Для снижения концентрации удельных давлений на металл заготовки кромки пуансона и матрицы делают скругленными. Для первой вытяжки стальной заготовки толщиной менее 3 мм радиусы закругления пуансона и матрицы принимают равными r n = r m — (6 ÷ 10) S, а для других материалов несколько меньшими. Радиус закругления пуансона для промежуточных вытяжек

r n = 1/2 ּ (d n + 1 – d n ) ,

где d n+l — диаметр полуфабриката после n + 1 операции; d n — диаметр полуфабриката после n-й операции.

Для уменьшения потребного усилия вытяжки и вероятности разрушения заготовки величину одностороннего зазора между пуансоном и матрицей устанавливают равным Z = (1,1 ÷ 1,3)S.

Для того чтобы произвести вытяжку детали цилиндрической формы, необходимо, чтобы коэффициент вытяжки

К = D заг /d д = (1,5 ÷ 2).

Большие значения принимаются для более пластичных материалов.

В процессе вытяжки фланец заготовки претерпевает растяжения в радиальном направлении и сжатие в тангенциальном, при этом толщина заготовки изменяется.

В вытянутом стакане толщина распределяется следующим образом: по краю детали толщина больше толщины исходной заготовки, а у донной части получается утонение.Вследствие сжатия фланца заготовки в тангенциальном направлении при определенном соотношении между шириной фланца и толщиной заготовки может начаться процесс складкообразования ( рис. 179, б ).

В целях избежания образования складок фланец заготовки с помощью прижимного кольца прижимают к рабочему торцу матрицы с усилием, достаточным для предотвращения складкообразования ( рис. 179, в ). Этим обеспечивается качественная вытяжка.

Вероятность образования складок тем больше, чем больше отношение ширины фланца к толщине заготовки.

В процессе холодного деформирования металл упрочняется и пластичность его понижается. Поэтому при необходимости изготовления детали за несколько вытяжных операций полуфабрикат подвергают межоперационному отжигу с последующими травлением, промывкой и сушкой.

При вытяжных операциях имеет место внешнее трение между металлом заготовки, матрицей и пуансоном, вызывающее в металле внутренние напряжения, способствующие обрыву донышка, поэтому вытяжку ведут со смазкой, которая снижает коэффициент трения. Для смазки применяют минеральные масла как чистые, так и с наполнителями в виде чешуйчатого графита, мела и талька. Для простых случаев вытяжки применяют мыльные эмульсии. Если за одну операцию нельзя изготовить деталь, то ее изготовление осуществляется за несколько вытяжных операций.

Схема последующей вытяжки представлена на рис. 179, г и д . Коэффициент вытяжки для последующих переходов берется меньше, чем для первой вытяжки, так как пластичность металла в процессе деформирования уменьшается.

Диаметр заготовки при вытяжке находится из равенства поверхности детали и исходной заготовки. Усилие вытяжки (приближенно) определяется по формуле Р = Fσ пч n, где F — площадь поперечного сечения вытягиваемого стакана, σ пч — предел прочности, n — отношение диаметра заготовки к диаметру стакана.

Вытяжка заготовки c утонением стенки

Вытяжка с утонением стенок отличается от рассмотренной выше вытяжки тем, что зазор между пуансоном и матрицей берется меньше толщины исходного материала (полуфабриката) ( рис 180, а ). Зазор на последней операции должен быть равен заданной толщине стенки

Рис. 180. Схемы: а — вытяжки с утонением стенки; б — отбортовки; г и д — формовки

При этой вытяжке уменьшение диаметра детали сравнительно невелико, а увеличение высоты детали идет за счет уменьшения толщины стенки.

Допустимое относительное уменьшение толщины стенки заготовки при вытяжке с утонением стенки находят из равенства

S 0 — S/S 0 x 100 = (40 ÷ 60)%.

Размеры заготовки при вытяжке с утонением определяют из условия равенства объемов заготовки и детали при толщине заготовки, равной толщине донышка детали.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector