Диаметр отверстия под отбортовку определяют по формуле. Способ отбортовки отверстий в листовой заготовке Схема для расчета отбортовки изделия. Усилие для отбортовки цилиндрическим пуансоном. Формовка

Штамповка как технологический процесс обработки заготовок, изготовленных из металла, позволяет получить готовые изделия плоского или объемного типа, отличающиеся как своей формой, так и размерами. В качестве рабочего инструмента при выполнении штамповки может выступать штамп, закрепленный на прессе или оборудовании другого типа. В зависимости от условий выполнения штамповка металла бывает горячая и холодная. Эти два вида данной технологии предполагают использование различного оборудования и соблюдение определенных технологических норм.

Особенности технологии

Ознакомиться с требованиями ГОСТ к обработке металла штампованием можно, скачав документ в формате pdf по ссылке ниже.

Кроме разделения на горячую и холодную, штамповка изделий из металла подразделяется и на ряд других категорий в зависимости от ее назначения и технологических условий. Так, операции штамповки, в результате которых происходит отделение части металлической заготовки, называются разделительными. Сюда, в частности, относятся резка, рубка и пробивка деталей из металла.

Другой категорией таких операций, в результате которых штампуемый лист металла изменяет свою форму, являются формоизменяющие штамповочные операции, часто называемые формовкой. В результате их выполнения детали из металла могут подвергаться вытяжке, холодному выдавливанию, гибке и другим процедурам по обработке.

Как уже отмечалось выше, существуют такие виды штамповки, как холодная и горячая, которые, хотя и реализуются по одному принципу, предполагающему деформирование металла, имеют ряд значимых отличий. , предполагающую их предварительный нагрев до определенной температуры, применяют преимущественно на крупных производственных предприятиях.

Это связано прежде всего с достаточно высокой сложностью такой технологической операции, для качественного выполнения которой необходимо сделать предварительный расчет и точно соблюсти степень нагрева обрабатываемой заготовки. С помощью штамповки, выполняемой по горячей технологии, из листового металла различной толщины получают такие ответственные детали, как днища котлов и другие изделия в форме полусфер, корпусные и другие элементы, используемые в судостроении.

Для нагрева деталей из металла перед их горячей штамповкой используется нагревательное оборудование, которое в состоянии обеспечить точный температурный режим. В этой функции, в частности, могут использоваться электрические, плазменные и другие нагревательные устройства. Перед началом выполнения горячей штамповки необходимо не только рассчитать нормы нагрева обрабатываемых деталей, но и разработать точный и подробный чертеж готового изделия, в котором будет учтена усадка остывающего металла.

При выполнении металлических деталей процесс формирования готового изделия протекает только за счет давления, оказываемого рабочими элементами пресса на заготовку. За счет того, что заготовки при штамповке по холодной технологии предварительно не нагреваются, они не подвержены усадке. Это позволяет изготавливать изделия законченного вида, которые не требуют дальнейшей механической доработки. Именно поэтому данная технология считается не только более удобным, но и экономически выгодным вариантом обработки.

Если квалифицированно подойти к вопросам проектирования размеров и формы заготовок и к последующему раскрою материала, то можно значительно уменьшить его расход, что особенно актуально для предприятий, выпускающих свою продукцию крупными сериями. В качестве материала, заготовки из которого успешно подвергаются штамповке, может выступать не только углеродистые или легированные стали, но также алюминиевый и медный сплавы. Более того, оснащенный соответствующим образом штамповочный пресс успешно используется для обработки заготовок из таких материалов, как резина, кожа, картон, полимерные сплавы.

Разделительное штампование, целью которого является отделение от обрабатываемой заготовки части металла, – это очень распространенная технологическая операция, используемая практически на каждом производственном предприятии. К таким операциям, которые выполняются посредством специального инструмента, установленного на штамповочный пресс, относятся резка, вырубка и пробивка.

В процессе резки металлические детали разделяются на отдельные части, причем такое разделение может осуществляться по прямой или кривой линии реза. Для выполнения резки могут использоваться различные устройства: дисковые и вибрационные станки, гильотинные ножницы и др. Резку чаще всего используют для того, чтобы раскроить металлические заготовки для их дальнейшей обработки.

Вырубка – это технологическая операция, в процессе которой из металлического листа получают детали, имеющие замкнутый контур. При помощи пробивки в заготовках из листового металла делают отверстия различной конфигурации. Каждая из таких технологических операций должна быть тщательно спланирована и подготовлена, чтобы в результате ее выполнения получилось качественное готовое изделие. В частности, должны быть точно рассчитаны геометрические параметры используемого инструмента.

Перфорированный металлический лист получается в результате вырубки отверстий на координатно-пробивном прессе

Технологическими операциями штамповки, в процессе которых осуществляется изменение начальной конфигурации металлических деталей, являются формовка, гибка, вытяжка, отбортовка и обжим. Гибка – это наиболее распространенная формоизменяющая операция, в процессе которой на поверхности металлической заготовки формируются участки с изгибом.

Вытяжка – это объемная штамповка, целью выполнения которой является получение из плоской металлической детали объемного изделия. Именно при помощи вытяжки металлический лист превращается в изделия цилиндрической, конической, полусферической или коробчатой конфигурации.

По контуру изделий из листового металла, а также вокруг отверстий, которые в них выполнены, часто необходимо сформировать бортик. С этой задачей успешно справляется отбортовка. Такой обработке, выполняемой посредством специального инструмента, подвергают и концы труб, на которые необходимо установить фланцы.

При помощи обжима, в отличие от отбортовки, концы труб или края полостей в заготовках из листового металла не расширяют, а сужают. При выполнении такой операции, осуществляемой при помощи специальной конической матрицы, происходит наружное обжатие листового металла. Формовка, которая также является одной из разновидностей штамповки, предполагает изменение формы отдельных элементов штампованной детали, при этом наружный контур детали остается неизменным.

Объемная штамповка, которая может выполняться по различным технологиям, требует не только тщательных предварительных расчетов и разработки сложных чертежей, но и использования специально изготовленного оборудования, поэтому реализовать такую технологию в домашних условиях проблематично.

Инструменты и оборудование

Даже обработка мягких металлов, в частности штамповка алюминия, требует применения специального оборудования, в качестве которого могут выступать гильотинные ножницы, кривошипный или . Кроме того, необходимо умение производить расчеты расхода материала и разрабатывать технические чертежи. При этом следует учитывать требования, которые содержит соответствующий ГОСТ.

Штамповку, для выполнения которой не требуется предварительный нагрев обрабатываемой заготовки, выполняют преимущественно на гидравлических прессах, производство которых регулирует ГОСТ. Разнообразие серийных моделей этого оборудования позволяет подбирать станок для производства изделий различных конфигураций и габаритных размеров.

Выбирая пресс для выполнения штамповки, в первую очередь следует ориентироваться задачи, для решения которых он необходим. Например, для выполнения таких технологических операций, как вырубка или пробивка, используют штамповочное оборудование простого действия, ползун и шайбы которого в процессе обработки совершают небольшой ход. Для того чтобы выполнить вытяжку, требуется оборудование двойного действия, ползун и шайбы которого в процессе обработки совершают значительно больший ход.

По своей конструкции, как указывает ГОСТ, оборудование для выполнения штамповки делится на несколько типов, а именно:

однокривошипное;
двухкривошипное;
четырехкривошипное.

На прессах двух последних категорий устанавливают ползуны более крупных размеров. Однако вне зависимости от конструктивного исполнения каждый штамповочный пресс оснащается матрицей. Основное движение, за счет которого и выполняется обработка заготовки на штамповочном прессе, совершает ползун, нижняя часть которого соединена с подвижной частью штампа. Для сообщения такого движения ползуну пресса приводной электродвигатель связывается с ним посредством таких элементов кинематической цепи, как:

клиноременная передача;
пусковая муфта;
шайбы;
кривошипный вал;
шатун, при помощи которого можно регулировать величину рабочего хода ползуна.

Для запуска ползуна, который совершает возвратно-поступательное движение по направлению к рабочему столу пресса, используется ножная пресс-педаль, напрямую связанная с пусковой муфтой.

Несколько другим принципом работы отличается четырехшатунный пресс, рабочие органы которого создают усилие с центром, приходящимся на середину четырехугольника, образуемого четырьмя шатунами. Благодаря тому, что усилие, создаваемое таким прессом, приходится не на центр ползуна, это устройство успешно используется для того, чтобы изготавливать изделия даже очень сложной конфигурации. Прессы данной категории, в частности, применяют для того, чтобы изготовить асимметричные изделия, отличающиеся значительными габаритами.

Чтобы изготовить изделия более сложной конфигурации, используют прессовое оборудование пневматического типа, конструктивная особенность которого заключается в том, что оно может быть оснащено двумя или даже тремя ползунами. В прессе двойного действия применяются одновременно два ползуна, один из которых (внешний) обеспечивает фиксацию заготовки, а второй (внутренний) выполняет вытяжку поверхности обрабатываемого металлического листа. Первым в работе такого пресса, конструктивные параметры которого также регламентирует ГОСТ, участвует внешний ползун, фиксирующий заготовку при достижении самой нижней точки. После того как внутренний ползун выполнит свою работу по вытяжке листового металла, внешний рабочий орган поднимается и освобождает заготовку.

Для штамповки тонколистового металла используются преимущественно специальные фрикционные прессы, технические параметры которых также устанавливает ГОСТ. Чтобы обрабатывать более толстый листовой металл, лучше всего применять гидравлическое штамповочное оборудование, которое оснащено более надежными шайбами и другими конструктивными элементами.

Отдельную категорию составляет оборудование, при помощи которого выполняется штамповка взрывом. На таких устройствах, в которых энергия управляемого взрыва преобразуется в усилие, оказываемое на металл, обработке подвергают металлические заготовки значительной толщины. Работа такого оборудования, считающегося инновационным, даже на видео выглядит очень эффектно.

Чтобы получаемый сгиб и общая конфигурация готового изделия из металла отличались высоким качеством, в последнее время стали активно использовать прессы, оснащенные встроенными вибрационными ножницами. Использование такого оборудования с более короткими ножками позволяет изготавливать изделия практически любой конфигурации.

Таким образом, выполнение штамповки листового металла требует наличия не только специализированного оборудования, но и соответствующих навыков и знаний, поэтому реализовать такую технологию в домашних условиях достаточно сложно.

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.

Полезная модель относиться к области обработки металлов давлением, а именно к холодной штамповке заготовок из листа, и может быть использовано для увеличения высоты борта при изготовлении деталей с цилиндрическим бортом. Устройство для отбортовки содержит цилиндрический пуансон с участком радиусного скругления к плоскому торцу, матрицу, прижим и нижний прижим, при этом диаметр плоского торца пуансона выполнен с размером, определяемым по зависимости: где d 0 - диаметра отверстия в заготовке, [К om ] - придельное значение коэффициента отбортовки (меньше единицы), нижний прижим имеет зону радиусного скругления, охватывающую радиусное скругление пуансона, с величиной радиуса, равным R=R n +S 0 где R n - радиус пуансона, a S 0 - толщина заготовки. Центр кривизны радиусной зоны прижима смещен относительно центра радиусного скругления пуансона в горизонтальном направлении от оси штампа на расстояние, величина которого определяется по зависимости: где d - диаметр борта детали, а d 0 - исходный диаметр отверстия в заготовке, k=1,05..1,15 - коэффициент, характеризующий увеличение пластичности материала на кромке деформируемого отверстия в результате приложения к ней дополнительных сжимающих напряжений. Илл.3

Полезная модель относиться к области обработки металлов давлением, а именно к холодной штамповке заготовок из листа, и может быть использовано при изготовлении полых деталей с высоким бортом.

Известна конструкция оснастки для отбортовки, в которой заготовка с отверстием предварительно полностью отбортовывается, а затем осуществляют выворот борта, воздействуя одновременно на торец борта и кольцевую часть заготовки, примыкающую к борту заготовки (АС 1817720, МПК В 21 D 22/00, опубл. 1993.05.23). Создание осевого и радиального сжимающих напряжений на торец отбортовываемой заготовки повышает пластичность металла и позволяет увеличивать высоту борта по сравнению с обычной отбортовкой.

Недостатком данной оснастки является ее сложность. При реализации данного способа на прессах штамповая оснастка сильно усложняется из-за необходимости обеспечения требуемых перемещений независимых элементов штампа в процессе деформирования.

Наиболее близким по технической сути к заявляемой конструкции, которая принята за прототип, является конструкция оснастки, которая состоит из отбортовочного пуансона, имеющего зону радиусного скругления, плоского прижима, отбортовочной матрицы и нижнего прижима, расположенного под отбортовочным пуансоном (АС №275986, МПК B 21 d 19/06, опубл. 1970.01.01). Для увеличения допустимой степени деформации, на кромке отверстия с помощью нижнего прижима и отбортовочного пуансона создают сжимающие напряжения, параллельные оси штампа. В результате сжатия кромки отверстия между коническими поверхностями нижнего прижима и отбортовочного пуансона, в последней возникают

сжимающие напряжения, повышающие пластичность металла, что повышает предельные возможности процесса.

Недостатком конструкции является то, что при изготовлении цилиндрического борта, на заключительном этапе процесса деформирования, заготовка выходит из контакта с нижним прижимом. Нижний прижим перестает создавать сжимающие напряжения на кромке. В результате этого в ней опять изменяется схема напряженного состояния на одноосное растяжение. Поскольку к этому моменту пластичность металла уже исчерпана (величина коэффициента отбортовки превышает предельное значение), то на кромке отверстия происходит разрушении заготовки.

Кроме этого, прикладывая сжимающие напряжения с самого начала процесса отбортовки, возрастают радиальные напряжения в зоне радиусного скругления отбортовочного пуансона и разрушение заготовки начинает происходить в виде отрыва дна (подобно процессу вытяжки). Это не позволяет достичь больших степеней деформации по процессу в целом. В начальный момент деформирования заготовки силы трения от нижнего прижима вредны.

Задачей изобретения является повышение предельного коэффициента отбортовки при относительной простоте конструкции штамповой оснастки.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для отбортовки, содержащем цилиндрический пуансон с участком радиусного скругления к плоскому торцу, матрицу, прижим и нижний прижим, диаметр плоского торца пуансона выполнен с величиной, определяемой по зависимости:

где d 0 - диаметра отверстия в заготовке, [К om ] - предельное значение коэффициента отбортовки, нижний прижим имеет зону радиусного скругления, охватывающую радиусное скругление пуансона, с величиной радиуса, равным

где R n - радиус пуансона, a S 0 - толщина заготовки, при этом центр кривизны радиусной зоны нижнего прижима смещен относительно центра радиусного скругления пуансона в горизонтальном направлении от оси штампа на расстояние, величина которого определяется по зависимости:

где d - диаметр борта детали, a d 0 - исходный диаметр отверстия в заготовке, k=1.05-1.10 - коэффициент, характеризующий увеличение пластичности материала на кромке деформируемого отверстия в результате приложения к ней дополнительных сжимающих напряжений.

Заявляемое устройство поясняется чертежом, где на фигуре 1 показано устройство в исходном положении, на фигуре 2 показано положение устройства в момент, когда нижний прижим воздействует на кромку отбортовываемого отверстия, создавая на ней сжимающие напряжения. На фигуре 3 показано устройство на заключительной стадии процесса отбортовки.

Устройство состоит из пуансона 1, имеющего радиусное скругление от цилиндрической стенки к плоскому торцу, прижима 2, который прижимает заготовку 3 к матрице 4. Под отбортовочным пуансоном расположен нижний прижим 5, имеющий зону радиусного скругления, охватывающую зону скругления пуансона для отбортовки 1.

Устройство работает следующим образом.

Заготовка 1, имеющая отверстие с диаметром d o устанавливается на матрицу 4 и прижимается к ней прижимом 2. После этого начинается рабочий ход пуансона 1. Пуансон имеет плоский торец с величиной диаметра, равным d. При рабочем ходе пуансона начинается

формообразование борта с увеличением диаметра отбортовываемого отверстия. Процесс осуществляется как обычная отбортовка. Величина диаметра плоского торца пуансона определяется по зависимости

где d 0 - диаметра отверстия в заготовке, - предельное значение коэффициента отбортовки.

Наличие коэффициента (0,8-0,9) можно рассматривать как коэффициент запаса, который предохраняет заготовку от разрушения в процессе отбортовки, пока еще нижний прижим не воздействует на кромку отбортовываемого отверстия. Величина предельного коэффициента отбортовки определяется по справочной литературе (например, Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. - Л. Машиностроение, 1979, стр.221, таблица 111).

При дальнейшем рабочем ходе пуансона 1, когда диаметр отбортовываемого отверстия увеличился до величины d (исчерпаны возможности металла при простой отбортовке), на кромке заготовки для дальнейшего деформирования необходимо создавать сжимающие напряжения. Эти напряжения создаются в результате того, что кромка заготовки сжимается между пуансоном 1 и нижним прижимом 5.

То есть, при достижении диаметром отверстия величины, близкой к наибольшему размеру, который можно получить при отбортовке отверстия без участия в процессе деформирования нижнего прижима, осуществляется сжатие кромки заготовки между пуансоном и нижним прижимом. При этом все усилие прижима сконцентрировано на небольшом участке вблизи кромки отверстия, что позволяет изменить схему напряженного состояния кромки заготовки с линейного растяжения на плоскую разноименную схему, без избыточного деформирования материала, и с минимальным усилием деформирования.

Наличие сжимающего напряжения на кромке увеличивает пластичность металла, позволяет увеличить предельную деформацию за переход и изготовить борт увеличенной высоты.

Для того, чтобы обеспечить воздействие нижнего прижима и пуансона на кромку заготовки в процессе всего последующего процесса деформирования заготовки, нижний прижим выполнен с зоной радиусного закругления, охватывающей зону радиусного скругления пуансона для отбортовки.

В ходе дальнейшего осуществления процесса кромка отверстия заготовки находясь под давлением сосредоточенном на небольшом участке, приложенным со стороны пуансона, перемещается между пуансоном и нижним прижимом до момента полного формообразования, который наступает, когда кромка отверстия заготовки перемещается на цилиндрический участок пуансона.

В тот момент, когда кромка заготовки переместится на цилиндрический участок пуансона, деформация растяжения на кромке прекращается, и следовательно, разрушения заготовки уже не произойдет.

Для того, чтобы сжимающие напряжения образовывались лишь на кромке отбортовываемого отверстия, а не по всему очагу деформации, форма инструмента должна обеспенчивать сжатие заготовки лишь по кромке. Для этого центры кривизны зон радиусного скругления отбортовочного пуансона и нижнего прижима выполнены со смещением в горизонтальном направлении от оси штампа на величину

где d - диаметр борта детали, a d 0 - исходный диаметр отверстия в заготовке, k=1,05..1,15 - коэффициент, характеризующий увеличение пластичности материала на кромке деформируемого отверстия в результате приложения к ней дополнительных сжимающих напряжений.

Устройство для отбортовки отверстия, содержащее плоский прижим, матрицу, отбортовочный пуансон с радиусным скруглением перехода к плоскому торцу и нижний прижим, расположенный под отбортовочным пуансоном, отличающееся тем, что плоский торец пуансона выполнен с диаметром, равным величине d:

где d 0 - диаметр отверстия в исходной заготовке, [К om ] - предельный коэффициент отбортовки, нижний прижим имеет зону радиусного скруглениия, охватывающую радиусное скругление пуансона, с величиной радиуса R, равным:

где R n - радиус скругления пуансона, a S 0 - толщина исходной заготовки из листа;

при этом центр кривизны радиуса зоны скругления прижима смещен относительно центра радиусного скругления пуансона в горизонтальном направлении, от оси штампа, на расстояние, величина которого определяется по зависимости:

где d - диаметр борта детали, a d 0 - исходный диаметр отверстия в заготовке, k=1,05-1,10 - коэффициент, характеризующий увеличение пластичности материала на кромке деформируемого отверстия в результате приложения к ней дополнительных сжимающих напряжений.

Короткий путь http://bibt.ru

Отбортовка изделий на специальных штампах. Отбортовка наружного контура. Отбортовка отверстия (внутренняя).

Схема для расчета отбортовки изделия. Усилие для отбортовки цилиндрическим пуансоном. Формовка.

Различают отбортовку отверстия (внутреннюю) и отбортовку наружного контура. Отбортовку изделий выполняют на специальных штампах. Чтобы произвести отбортовку в плоскостной или пустотелой заготовке, необходимо предварительно пробить в ней отверстие. При глубокой отбортовке сначала делают вытяжку, затем пробивают отверстие и после выполняют отбортовку. Для того чтобы выполнить отбортовку без разрывов и трещин за одну операцию, необходимо учитывать степень деформации (или так называемый коэффициент отбортовки) K отб =d/D, где d - диаметр предварительно пробитого отверстия, мм; D - диаметр отверстия, полученного после отбортовки, мм.

Отбортовку изделия из тонкого материала осуществляют с прижимом изделия к поверхности матрицы штампа. Диаметр отверстия под отбортовку для невысокого борта приближенно можно определить по методу, который применяется при подсчете заготовки с закруглением, получаемой гибкой. Например, для изделия, показанного на рис. 9, диаметр отверстия (мм) в заготовке определится по формуле d=D 1 - π - 2h. Отсюда высота борта H=h + r 1 + S=D - (d/2)+0,43r 1 + 0,72S.

Рис. 9. Схема для расчета отбортовки изделия

Практикой установлено, что предельный коэффициент отбортовки зависит от механических свойств материала, относительной толщины заготовки (S/d) . 100, шероховатости поверхностей кромок отверстий в заготовке, формы рабочей части пуансона штампа.

Радиус закругления цилиндрического пуансона должен быть не менее четырех толщин материала.

Усилие для отбортовки цилиндрическим пуансоном можно определить по формуле А. Д. Томленова: P отб = π(D-d)SCσ т ≈1,5π(D-d)Sσ в, где D - диаметр отбортовки изделия, м; d - диаметр отверстия под отбортовку, м; S - толщина материала, м; С - коэффициент упрочнения металла и наличия трения при отбортовке Сσ т = (1,5÷2)σ в; σ т и σ в - предел текучести и временное сопротивление разрыву материала, МПа (Н/м 2).

Отбортовка наружного контура детали применяется с выпуклым и вогнутым контурами. Отбортовка с выпуклым контуром аналогична процессу неглубокой вытяжки, а отбортовка вогнутого контура аналогична отбортовке отверстий.

Величина деформации при наружной отбортовке выпуклого контура K н.отб = R 1 /R 2 , где R 1 - радиус контура плоской заготовки; R 2 -радиус отбортованного контура изделия.

Формовкой называют операцию, при которой происходит изменение формы изделия, предварительно полученного вытяжкой. К такой операции относятся, например, формовка изнутри (выпучивание), получение выпуклости, впадины, рисунка, надписи. Штампы для формовки изнутри имеют разъемные матрицы и разжимное эластичное устройство (жидкостное, резиновое, механическое).

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:

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, мм2.

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, мм2

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

где - длина ребра, при

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:

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:

Радиус закругления рабочего ребра матрицы,

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.

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:

От характера отбортовки и состояния кромок отверстия (сверлением или пробивкой получено отверстие, наличие или отсутствие заусенцев).
От относительной толщины заготовки.
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

Формоизменяющие операции листовой штамповки. Формовка и отбортовка

Возможно, будет полезно почитать: