Вытяжка без прижима заготовки.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КОСТРОМСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра технологии художественной обработки материалов и технического сервиса

 

Механический факультет

Группа 05-тм-04(б)

Ф.И.О. студента

Макаров С.М.

 

Курсовая работа.

«Изготовление изделия обработкой давлением».

Срок оформления работы и сдачи консультанту_________________________

Для защиты работы_________________________________________________

 

Задание выдал____________________________________Дата______________

 

Задание принял___________________________________Дата______________

 

 

Кострома 2006

Вытяжка.

Вытяжкой получают полые, детали разнообразной формы из плоских листовых или полых тонкостенных заготовок, не требующие, как правило, дальнейшей обработки, кроме об­резки неровного края. К ним относятся:

детали, имеющие форму тел вращения (осесимметричные): днища котлов и различных цилиндрических резервуаров, метал­лическая посуда, детали осветительной аппаратуры (например, детали автомобильных фар) и многие др.;

детали коробчатой формы: топливные баки двигателей внут­реннего сгорания, бидоны для горюче-смазочных материалов, тара для продуктов консервного производства и пр.;

детали, имеющие одну ось симметрии или асимметричные; автокузовные детали — крыша автомобиля, его двери, капот и пр.;

цилиндрические детали, у которых толщина дна больше тол­щины стенок: артиллерийские гильзы, гильзы стрелкового ору­жия, металлическая посуда с толстым дном и пр.

Перечисленные детали могут иметь диаметр (или длину) — от нескольких миллиметров до нескольких метров и толщину стен­ки — от десятых долей до десятков миллиметров.

Детали, получаемые вытяжкой, в зависимости от относительной вы­соты штампуют в одну или несколько операций или переходов. На первом переходе плоскую заготовку вытяги­вают в полую, открытую с одного конца деталь или полуфабрикат (рис.1а);

Рис.1а

 

 

на последующих пере­ходах происходит увеличение высоты при одновременном уменьшении по­перечных размеров полуфабрикатов, полученных на предыдущих переходах вытяжки (рис.1б).

Рис.1б

 

Изготовление деталей вытяжкой осуществляется без нагрева заготовки, в холодном состоянии. Исключение — вытяжка тол­столистового металла (толщиной свыше 20 мм), когда заготовку нагревают, для того чтобы снизить деформирующее усилие. При вытяжке заготовок из алюминиевых сплавов для повышения сте­пени деформации за одну операцию применяют местный (локаль­ный) электронагрев зоны пластической деформации.

Для изготовления деталей вытяжкой применяют листовой металл, обладающий высокими пластическими свойствами: качественную низкоуглеродистую и конструкционную низколегиро­ванную сталь, алюминий и различные его сплавы, медь, латунь и другие металлы.

Вытяжку осуществляют в специальных штампах, рабочие органы которых: матрица 1 со скругленной рабочей кромкой, пуан­сон 2 и, если это необходимо, прижимное кольцо 3 (рис. 2). Между пуансоном и матрицей имеется зазор z, в который пуансон втягивает заготовку. При вытяжке внешняя сила, передаваемая пуансоном, приложена к донной части вытягиваемой детали, краевая же ее часть остается свободной, не нагруженной внеш­ними силами.

а) б)

 

Рис.2. Схемы штампов для первого перехода вытяжки:

а - без прижимного кольца; б - с прижимным кольцом

 

Применяют два основных способа вытяжки:

1) без искусственного уменьшения толщины стенки (вытяжка);

2) с искусственным, преднамеренным уменьшением толщины стенки (вытяжка с утонением), в том числе комбинированная вытяжка.

Вытяжка без утонения стенки характеризуется существен­ным уменьшением диаметра заготовки при приблизительно неиз­менной толщине стенки вытягиваемой детали. Вытяжку осущест­вляют в штампе, у которого зазор между пуансоном и матрицей равен или больше толщины заготовки (z s):

Вытяжка с утонением характеризуется существенным умень­шением толщины стенки при относительно малом уменьшении диа­метра заготовки. При вытяжке с утонением зазор z < s.

В процессе вытяжки без утонения в краевой части заготовки, еще не втянутой в матрицу (во фланце, см. рис. 2а), одновре­менно возникают растягивающие p и сжимающие напряжения. Сжимающие напряжения , действующие в окружном направле­нии, при определенном соотношении диаметров заготовки и вы­тягиваемой детали могут вызвать появление складок во фланце (явление потери устойчивости), приводящих при втягивании скла­док в зазор между пуансоном и матрицей к массовому браку вследствие отрыва дна. Для устранения складкообразования в штампах для вытяжки предусматривают прижимное кольцо (складкодержатель), которое прижимает фланец к матрице и этим препят­ствует складкообразованию (см. рис. 2б). В связи с этим раз­личают два способа вытяжки без утонения с прижимом и без прижима заготовки.

Вытяжкой за одну операцию можно получить относительно неглубокие детали, высота которых не превышает 0,7—0,8 диа­метра. При вытяжке более высоких деталей растягивающие на­пряжения, возникающие в стенке, возрастают настолько, что может наступить отрыв дна. В связи с этим процесс вытяжки не­обходимо разделять на несколько переходов, что позволяет уменьшить радиальные растягивающие напряжения в стенках вытягиваемой детали.

В процессе вытяжки материал заготовки упрочняется, его пластические свойства ухудшаются. Чрезмерное упрочнение ме­талла приводит к потере пластичности и, в конечном итоге, к раз­рушению. Поэтому процесс изготовления высоких деталей (высотой более диаметра вытягиваемой детали) заключается в чередовании следующих друг за другом операций вытяжки, в промежутке между которыми, по мере необходимости, проводится рекристаллизационный отжиг полуфабрикатов для снятия упрочнения (рис. 3).

 

 

Рис. 3. Схема технологического процесса вытяжки высоких деталей.

 

Последующие операции вытяжки осуществляются в штампах с прижимом (рис. 4а) или без него (рис. 4б) в зависимости от относительной толщины заготовки и степени деформации.

 

Рис.4. Схема штампов для последующих переходов вытяжки:

а - с прижимным кольцом; б – без прижимного кольца;

 

 

 

 

Рис.5. Реверсивная вытяжка:

а – схема штампа; б – детали;

 

Последующие операции вытяжки могут быть выполнены прямым или реверсивным способом. В том случае, когда пуансон передает давление на полую заготовку с внутренней стороны дна (рис. 8.4), способ вытяжки называют прямым. Если пуансон передает давле­ние на полую заготовку с внешней стороны дна (рис. 5а), способ вытяжки называют реверсивным (обратным), поскольку при этом заготовка втягивается в матрицу в обратном направлении по сравнению с направлением вытяжки на первой операции.

Реверсивную вытяжку применяют для получения деталей или полуфабрикатов сложной формы, например, с двойным дном или двойными стенками (рис. 5б). Кроме того, реверсивную вы­тяжку применяют, когда требуется совместить первый и после­дующий переход вытяжки в одном штампе, а также при вытяжке деталей сферической формы.

В массовом и крупносерийном производстве вытяжку осущест­вляют на кривошипных прессах простого и двойного действия. Как правило, детали крупных и средних размеров (автокузовные детали, металлическая посуда и др.) вытягивают на прессах двой­ного действия, мелкие детали — на кривошипных прессах про­стого действия.

Исследованию процесса вытяжки посвящено большое число работ отечественных и зарубежных ученых. Однако исследование вытяжки продолжается, поскольку некоторые задачи решены приближенно и поэтому требуют уточнения, а также возникают новые задачи в связи с появлением новых способов вытяжки, сов­мещением вытяжки с другими операциями листовой штамповки и пр. Схема, обобщающая различные способы вытяжки, приведена на рис.6.

 

Таблица 3

Коэффициенты вытяжки цилиндрических оболочек с прижимом на тороидальной матрице.

 

 

Коэффициент вытяжки ki	Относительные толщины заготовки [S/Dз,] 100 %
2-1,5	1,5-1,0	1,0-0,6	0,6-0,3	0,3-0,1
k1	1,88-1,96	1,78-1,88	1,72-1,78	1,66-1,72	1,61-1,66
k2	1,28-1,31	1,26-1,28	1,23-1,26	1,21-1,23	1,20-1,23
k3	1,25-1,26	1,23-1,25	1,21-1,23	1,20-1,21	1,17-1,20
k4	1,19-1,21	1,17-1,19	1,16-1,17	1,14-1,16	1,12-1,14,
k5	1,14-1,17	1,09-1,14	1,08-1,09	1,07-1,08	1,06-1,07

Примечание: Меньшие значения коэффициентов вытяжки соответствуют большим радиу­сам закруглений на первых операциях [rM= ], большие значения - малым величинам

[rM=(4 6)S].

Таблица 4

Предельные значения коэффициентов вытяжки цилиндрических оболочек

без прижима на конусно - тороидальной матрице

 

	Относительные толщины заготовки [S/Dз,] 100 %
3,0	2,5	2,0	1,5	1,0
0,6	2,0	1,92	1,86	1,78	1,72
0,7	1,72	1,66	1,60	1,56	1,51
0,8	1,15	1,47	1,42	1,38	1,33

Примечание: d2/d1 - отношение нижнего диаметра конуса матрицы к верхнему. В случае применения промежуточных отжигов коэффициенты вытяжки на последующих операциях могут быть приняты одинаковыми: k₂=k₃=…=k_n-1=k_n.

 

 

Таблица 5

Механические свойства материалов.

 

Материалы	σв,МПа	,%	,%	Материалы	σв,МПа	,%	,%
Сталь 08				Л90
Сталь 10				Л80
АД, АД1				Л68
Амц				ЛО90-1
АМд2				ЛО70-1

 

Основным критерием для выбора способа вытяжки является относительная толщина: для первой операции (S/D_з) 100%; для последующих операций

(S/d_n-1) 100%.

Для первой операций при (S/D_з) 100% <1,5 следует применять вытяжку с прижимом, при (S/D_з) 100% >2 – вытяжку без прижима. Или выполнять расчеты по Л.А. Шофману о котором писалось выше.

Для последующих операций при (S/d_n-1) 100% < 1,25 следует проводить вытяжку с прижимом, а при (S/d_n-1) 100% >1,25 – без прижима.

Усилие прижима для первой операции вытяжки определяется по формуле:

 

, (12)

где Q – усилие прижима, МН;

k - коэффициент вытяжки;

S – толщина материала;

Dз – диаметр заготовки, м;

P – деформирующее усилие, МН.

На последующих операциях вытяжки усилие прижима определяется по формуле:

 

, (13)

где d_n-1 и d_n – диаметры детали до и после операции вытяжки, м;

r_м – радиус закругления матрицы, м;

q – удельное усилие прижима, МПа,

 

, (14)

где d₁ – диаметр детали после первой вытяжки, м.

При вытяжке на прессе двойного действия усилие внутреннего ползуна должно быть не менее деформирующего усилия P, усилие внешнего ползуна – не менее усилия прижима Q.

При вытяжке на прессе двойного действия усилие ползуна должно быть не менее P+Q.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КОСТРОМСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра технологии художественной обработки материалов и технического сервиса

 

Механический факультет

Группа 05-тм-04(б)

Ф.И.О. студента

Макаров С.М.

 

Курсовая работа.

«Изготовление изделия обработкой давлением».

Срок оформления работы и сдачи консультанту_________________________

Для защиты работы_________________________________________________

 

Задание выдал____________________________________Дата______________

 

Задание принял___________________________________Дата______________

 

 

Кострома 2006

Вытяжка.

Вытяжкой получают полые, детали разнообразной формы из плоских листовых или полых тонкостенных заготовок, не требующие, как правило, дальнейшей обработки, кроме об­резки неровного края. К ним относятся:

детали, имеющие форму тел вращения (осесимметричные): днища котлов и различных цилиндрических резервуаров, метал­лическая посуда, детали осветительной аппаратуры (например, детали автомобильных фар) и многие др.;

детали коробчатой формы: топливные баки двигателей внут­реннего сгорания, бидоны для горюче-смазочных материалов, тара для продуктов консервного производства и пр.;

детали, имеющие одну ось симметрии или асимметричные; автокузовные детали — крыша автомобиля, его двери, капот и пр.;

цилиндрические детали, у которых толщина дна больше тол­щины стенок: артиллерийские гильзы, гильзы стрелкового ору­жия, металлическая посуда с толстым дном и пр.

Перечисленные детали могут иметь диаметр (или длину) — от нескольких миллиметров до нескольких метров и толщину стен­ки — от десятых долей до десятков миллиметров.

Детали, получаемые вытяжкой, в зависимости от относительной вы­соты штампуют в одну или несколько операций или переходов. На первом переходе плоскую заготовку вытяги­вают в полую, открытую с одного конца деталь или полуфабрикат (рис.1а);

Рис.1а

 

 

на последующих пере­ходах происходит увеличение высоты при одновременном уменьшении по­перечных размеров полуфабрикатов, полученных на предыдущих переходах вытяжки (рис.1б).

Рис.1б

 

Изготовление деталей вытяжкой осуществляется без нагрева заготовки, в холодном состоянии. Исключение — вытяжка тол­столистового металла (толщиной свыше 20 мм), когда заготовку нагревают, для того чтобы снизить деформирующее усилие. При вытяжке заготовок из алюминиевых сплавов для повышения сте­пени деформации за одну операцию применяют местный (локаль­ный) электронагрев зоны пластической деформации.

Для изготовления деталей вытяжкой применяют листовой металл, обладающий высокими пластическими свойствами: качественную низкоуглеродистую и конструкционную низколегиро­ванную сталь, алюминий и различные его сплавы, медь, латунь и другие металлы.

Вытяжку осуществляют в специальных штампах, рабочие органы которых: матрица 1 со скругленной рабочей кромкой, пуан­сон 2 и, если это необходимо, прижимное кольцо 3 (рис. 2). Между пуансоном и матрицей имеется зазор z, в который пуансон втягивает заготовку. При вытяжке внешняя сила, передаваемая пуансоном, приложена к донной части вытягиваемой детали, краевая же ее часть остается свободной, не нагруженной внеш­ними силами.

а) б)

 

Рис.2. Схемы штампов для первого перехода вытяжки:

а - без прижимного кольца; б - с прижимным кольцом

 

Применяют два основных способа вытяжки:

1) без искусственного уменьшения толщины стенки (вытяжка);

2) с искусственным, преднамеренным уменьшением толщины стенки (вытяжка с утонением), в том числе комбинированная вытяжка.

Вытяжка без утонения стенки характеризуется существен­ным уменьшением диаметра заготовки при приблизительно неиз­менной толщине стенки вытягиваемой детали. Вытяжку осущест­вляют в штампе, у которого зазор между пуансоном и матрицей равен или больше толщины заготовки (z s):

Вытяжка с утонением характеризуется существенным умень­шением толщины стенки при относительно малом уменьшении диа­метра заготовки. При вытяжке с утонением зазор z < s.

В процессе вытяжки без утонения в краевой части заготовки, еще не втянутой в матрицу (во фланце, см. рис. 2а), одновре­менно возникают растягивающие p и сжимающие напряжения. Сжимающие напряжения , действующие в окружном направле­нии, при определенном соотношении диаметров заготовки и вы­тягиваемой детали могут вызвать появление складок во фланце (явление потери устойчивости), приводящих при втягивании скла­док в зазор между пуансоном и матрицей к массовому браку вследствие отрыва дна. Для устранения складкообразования в штампах для вытяжки предусматривают прижимное кольцо (складкодержатель), которое прижимает фланец к матрице и этим препят­ствует складкообразованию (см. рис. 2б). В связи с этим раз­личают два способа вытяжки без утонения с прижимом и без прижима заготовки.

Вытяжкой за одну операцию можно получить относительно неглубокие детали, высота которых не превышает 0,7—0,8 диа­метра. При вытяжке более высоких деталей растягивающие на­пряжения, возникающие в стенке, возрастают настолько, что может наступить отрыв дна. В связи с этим процесс вытяжки не­обходимо разделять на несколько переходов, что позволяет уменьшить радиальные растягивающие напряжения в стенках вытягиваемой детали.

В процессе вытяжки материал заготовки упрочняется, его пластические свойства ухудшаются. Чрезмерное упрочнение ме­талла приводит к потере пластичности и, в конечном итоге, к раз­рушению. Поэтому процесс изготовления высоких деталей (высотой более диаметра вытягиваемой детали) заключается в чередовании следующих друг за другом операций вытяжки, в промежутке между которыми, по мере необходимости, проводится рекристаллизационный отжиг полуфабрикатов для снятия упрочнения (рис. 3).

 

 

Рис. 3. Схема технологического процесса вытяжки высоких деталей.

 

Последующие операции вытяжки осуществляются в штампах с прижимом (рис. 4а) или без него (рис. 4б) в зависимости от относительной толщины заготовки и степени деформации.

 

Рис.4. Схема штампов для последующих переходов вытяжки:

а - с прижимным кольцом; б – без прижимного кольца;

 

 

 

 

Рис.5. Реверсивная вытяжка:

а – схема штампа; б – детали;

 

Последующие операции вытяжки могут быть выполнены прямым или реверсивным способом. В том случае, когда пуансон передает давление на полую заготовку с внутренней стороны дна (рис. 8.4), способ вытяжки называют прямым. Если пуансон передает давле­ние на полую заготовку с внешней стороны дна (рис. 5а), способ вытяжки называют реверсивным (обратным), поскольку при этом заготовка втягивается в матрицу в обратном направлении по сравнению с направлением вытяжки на первой операции.

Реверсивную вытяжку применяют для получения деталей или полуфабрикатов сложной формы, например, с двойным дном или двойными стенками (рис. 5б). Кроме того, реверсивную вы­тяжку применяют, когда требуется совместить первый и после­дующий переход вытяжки в одном штампе, а также при вытяжке деталей сферической формы.

В массовом и крупносерийном производстве вытяжку осущест­вляют на кривошипных прессах простого и двойного действия. Как правило, детали крупных и средних размеров (автокузовные детали, металлическая посуда и др.) вытягивают на прессах двой­ного действия, мелкие детали — на кривошипных прессах про­стого действия.

Исследованию процесса вытяжки посвящено большое число работ отечественных и зарубежных ученых. Однако исследование вытяжки продолжается, поскольку некоторые задачи решены приближенно и поэтому требуют уточнения, а также возникают новые задачи в связи с появлением новых способов вытяжки, сов­мещением вытяжки с другими операциями листовой штамповки и пр. Схема, обобщающая различные способы вытяжки, приведена на рис.6.

 

Вытяжка без прижима заготовки.

Вытяжку без прижима заготовки осуществляют штампе без складкодержателя на прессе простого действия. Очаг пластической деформации находится во фланце конической формы, в котором возникают радиальные растягивающие и окружные сжимающие напряжения p и (см. рис.2).

Возможность вытяжки без прижима регламентируется двумя факторами: при относительно малой толщине заготовки — склад­кообразованием конического фланца от воздействия окружных сжимающих напряжений или при относительно большой тол­щине локальной деформацией по толщине стенки, завершающейся разрывом в зоне сопряжения дна и стенки вытягиваемой детали.

Возможность вытяжки без прижима заготовки приближенно можно установить, используя условие, предложенное Л. А. Шофманом:

 

D₀ —d (18 22)s

или при соотношении:

(S/Dз) 100%>1.25