Общие теоретические положения

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Тюменский государственный нефтегазовый университет»

Технологический институт

Кафедра «Материаловедение и технология конструкционных материалов»

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ

ХОЛОДНОЙ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ

 

 

Методические указания

для лабораторных (практических) занятий

по дисциплинам «Технология конструкционных материалов», «Материаловедение и технология конструкционных материалов»

для студентов всех специальностей и направлений

очной и заочной форм обучения

 

Тюмень

ТюмГНГУ

Утверждено на заседании кафедры «Материаловедение и технология конструкционных материалов», протокол № 4 от «27» января 2012 г.

 

Составители: к.т.н., профессор Скифский С.В.

к.т.н., доцент Корешкова Е.В.

 

© Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет», 2012 г.

Методические указания предназначены для практического освоения принципов определения параметров холодной листовой штамповки в рамках изучаемого курса, формирования знаний, умений и навыков обучаемого.

В результате выполнения работы студент должен:

– знать технико-технические особенности определения параметров холодной листовой штамповки;

– уметь практически рассчитывать параметры холодной листовой штамповки;

– владеть навыками анализа и обоснования материала, проведения необходимых экспериментов, установления зависимости между параметрами, работать самостоятельно и в коллективе.

 

Цель работы – приобретение знаний, умений и навыков определения параметров холодной листовой штамповки.

Задачи.

1. Ознакомиться с основными операциями холодной листовой штамповки, приобрести навыки технологических расчетов.

2. По заданному чертежу детали и прочностным характеристикам ее материала определить исходные размеры заготовки и необходимые усилия операций вырубки и вытяжки.

 

Оборудование и материалы

 

1. Штангенциркуль.

2. Комплект заготовок по переходам и операциям технологического процесса изготовления корпуса свечи зажигания методом листовой штамповки.

 

Задание

 

1. Выбрать материал гильзы и числовые значения ее геометрических параметров по табл. 1 по вариантам, прочностные характеристики – по табл. 2 и 4.

2. Определить диаметр плоской листовой заготовки D, усилие вырубки заготовки из листа P_ВЫР и усилие первой операции вытяжки Р гильзы, изображенной на рис. 3.

3. Исходные данные и рассчитанные параметры холодной листовой штамповки оформить в виде таблиц (табл. 1, 5)

 

Таблица 1

 

Исходные данные

 

№ вар.	Материал гильзы	d, мм	h, мм	t, мм	R, мм	, МПа	, МПа
1.	Сталь 08кп
2.	Сталь 10
3.	Сталь 20			1,5
4.	Латунь Л68			1,5
5.	Сталь 08кп
6.	Сталь 10			1,2
7.	Сталь 20
8.	Латунь Л68
9.	Сталь 08кп
10.	Сталь 10
11.	Сталь 20
12.	Латунь Л68
13.	Сталь 08кп			3,5
14.	Сталь 10			2,5
15.	Сталь 20			2,5
16.	Латунь Л68			1,5
17.	Сталь 08кп
18.	Сталь 10
19.	Сталь 20			0,8
20.	Латунь Л68
21.	Сталь 08кп
22.	Сталь 10
23.	Сталь 20
24.	Латунь Л68			1,5
25.	Сталь 08кп			1,2
26.	Сталь 10
27.	Сталь 20			1,5
28.	Латунь Л68
29.	Сталь 08кп
30.	Сталь 10

 

Порядок выполнения работы

 

Исходными данными для технологических расчетов холодной листовой штамповки являются: чертеж детали с необходимыми размерами и прочностные характеристики материала.

1. Начертить деталь-гильзу. Исходные данные представить в виде соответствующей строки (№ варианта) таблицы 1.

2. Определить площадь заготовки F по серединному сечению, исходя из расчета площадей отдельных ее элементов F ₁, F ₂, F ₃.

3. Определить диаметр исходной плоской заготовки D с учетом припуска на обрезку фестонов.

4. Рассчитать усилие вырубки плоской заготовки Р_ВЫР.

5. Вычислить потребный общий коэффициент вытяжки m_ОБЩ.

6. Определить минимально допустимый коэффициент вытяжки m (формула 8) и оценить необходимость использования прижима.

7. Для определения количества переходов подсчитать относительную толщину заготовки и определить минимальный возможный коэффициент вытяжки на первом переходе m₁ (табл. 3). В случае, когда потребный общий коэффициент вытяжки m_ОБЩ меньше m₁ принять для расчетов значение m₁ для выполнения первого перехода.

8. Определить диаметр гильзы после первого перехода (d₁) исходя из принятого значения коэффициента вытяжки m₁ на первом переходе.

9. Рассчитать усилие вытяжки на первом переходе Р.

 

Определение усилия вытяжки

Расчет количества переходов

Для определения возможности получения заданной гильзы за один переход необходимо сравнить минимально допустимые значения коэффициента вытяжки на первом переходе, определенные опытным путем (табл. 3), с расчетным значением общего коэффициента вытяжки m_ОБЩ.

 

Таблица 3

 

Допускаемые минимальные коэффициенты вытяжки

деталей из сталей 08кп, 10, 20 и мягкой латуни

 

Коэффициент вытяжки на переходах	Относительная толщина заготовки , %
св. 0,1 до 0,3	св. 0,3- до 0,6	св. 0,6 до 1,0	св. 1,0 до 1,5	св. 1,5 до 2,0	св. 2,0
m 1	0,59	0,57	0,55	0,53	0,51	0,5
m 2	0,82	0,81	0,80	0,79	0,78	0,77
m 3	0,83	0,82	0,81	0,8	0,79	0,78
и т.д.

 

Если определяемое по табл. 3 значение минимально допустимого коэффициента вытяжки m₁ окажется больше, чем требуемый общий коэффициент вытяжки m_ОБЩ, это означает, что за один переход гильзу изготовить невозможно – следует принять вытяжку в несколько переходов.
В таком случае на первом переходе необходимо проектировать минимально допустимый коэффициент вытяжки из табл. 3. Это связано с тем, что для многооперационной вытяжки допустимый коэффициент вытяжки каждого последующего перехода больше предыдущего в связи с упрочнением материала в результате его пластической деформации. Число переходов, необходимых для вытяжки высоких гильз, определяется путем последовательного подсчета диаметров вытяжки (d₁, d₂, … d_n) на каждом переходе до получения диаметра, равного заданному диаметру детали.

 

Расчет усилия вытяжки

 

В общем виде усилие, необходимое при вытяжке, определяется как сумма

 

,

(9)

 

где Р_ДЕФ – усилие деформации заготовки;

Q – усилие прижима.

 

Усилие, необходимое для вытяжки детали без ее разрушения, не должно превышать предельного значения, равного прочности детали в ее наиболее слабом сечении. Максимально допустимое усилие вытяжки (Р_ДЕФ), при котором не допускается отрыв дна вытягиваемой цилиндрической гильзы, определяется из условия:

 

,

(10)

 

где – предел прочности на растяжение материала заготовки;

 

Таблица 4

 

Предел прочности на растяжение материалов заготовок

в отожженном состоянии (средние значения)

 

Материал	Сталь 08кп	Сталь 10	Сталь 20	Латунь Л68
, МПа

 

k – эмпирический коэффициент, учитывающий напряжения в стенках вытягиваемого изделия. Данный коэффициент зависит от величины коэффициента вытяжки m:

 

m	до 0,55	св. 0,55 до 0,58	св. 0,58 до 0,60	св. 0,60 до 0,63	св. 0,63 до 0,65	св. 0,65 до 0,68	св. 0,68 до 0,70	св. 0,70 до 0,73	св. 0,73 до 0,75	св. 0,75 до 0,78
k		0,93	0,86	0,79	0,72	0,66	0,6	0,55	0,5	0,45

 

Усилие прижима Q вычисляют исходя из удельного усилия и площади его приложения, т.е. площади кольцевой части заготовки, ограниченной диаметром пуансона и текущим диаметром самой заготовки

 

,

(11)

 

где F – площадь части заготовки, зажатой между матрицей и прижимом;

q – удельное усилие, зависящее от вида штампуемого материла.

 

Материал	Сталь 08кп	Сталь 10	Сталь 20	Латунь Л68
q	2,8	2,5	2,2	1,8

 

Для цилиндрических деталей:

 

(12)

 

Усилие прижима обычно составляет 10-30 % от усилия деформации при вытяжке.

 

 

Содержание и форма отчета о проделанной работе

 

1. Цель и задачи работы, применяемое оборудование и материалы, краткие теоретические сведения по теме.

2. Чертеж детали-гильзы в соответствии с вариантом задания.

3. Расчеты параметров холодной листовой штамповки и результаты, оформленные в виде таблиц и графиков (диаграмм) (табл. 5).

Таблица 5

 

Результаты расчетов

 

F 1, мм^2

F 2, мм^2

F 3, мм^2

F, мм^2

D, мм

РВЫР, Н

mОБЩ

m

m1

d 1, мм

РДЕФ, Н

Q, Н

Р, Н

 

4. Выводы по результатам проделанной работы.

5. Список использованной литературы.

Отчет выполняется на листах белой бумаги форматом А4 (297´210 мм) с рамкой и соответствующими штампами или иным образом, указанным преподавателем.

 

Контрольные вопросы

 

1. Назовите и обоснуйте свойства проката, применяемого в качестве заготовок для холодной листовой штамповки. Каковы причины образования фестонов?

2. В чем сущность процесса пластической деформации монокристаллов и поликристаллических металлических материалов (механизмы скольжения и двойникования)?

3. Как влияет холодная пластическая деформация на структуру и свойства металлов?

4. Чем отличается холодная пластическая деформация от горячей?

5. Назовите основные операции листовой штамповки.

6. Сформулируйте основные закономерности, положенные в основу расчетов при штамповке. Почему расчеты размеров заготовок ведут по серединной поверхности сечения детали?

7. Назовите факторы, определяющие ограничение величины коэффициента вытяжки.

8. Объясните цель использования прижимов при листовой штамповке. Как изменяется усиление прижима в процессе вытяжки?

9. С какой целью первый переход операции вытяжки холодной листовой штамповки проектируют с минимально возможным коэффициентом вытяжки?

10. При холодной обработке давлением (вытяжке, волочении и т.п.) в несколько переходов проводят промежуточный отжиг. Объясните причину.

 

Критерии оценки работы

 

Определяются в соответствии с рейтинговой оценкой знаний студентов в зависимости от направления подготовки.

 

Список литературы

 

1. Технология конструкционных материалов [Текст]: учебник для студентов машиностроительных вузов / А. М. Дальский [и др.]; под общ. ред. А. М. Дальского. - 6-е изд., испр. и доп. - М.: Машиностроение, 2005. - 592 с.

2. Кугультинов, С. Д. Технология обработки конструкционных материалов [Текст]: учебник для студентов вузов, обучающихся по машиностроительным специальностям / С. Д. Кугультинов, А. К. Ковальчук, И. И. Портнов. - 2-е изд., стер. - М.: МТГУ им. Н.Э. Баумана, 2008. - 671 с.

3. Шадуя, В. Л. Современные методы обработки материалов в машиностроении [Текст]: учебное пособие для студентов машиностроительных и приборостроительных специальностей учреждений, обеспечивающих получение высшего образования / В. Л. Шадуя. - Минск: Техноперспектива, 2008. - 314 с. гриф минобразования.

4. Материаловедение и технология металлов [Текст]: учебник для студентов вузов, обучающихся по машиностроительным специальностям / Г. П. Фетисов [и др.]; ред. Г. П. Фетисов. - 6-е изд., доп. - М.: Высшая школа, 2008. - 877 с.

5. Справочник по конструкционным материалам [Текст]: справочное издание / Б. Н. Арзамасов [и др.]; под ред.: Б. Н. Арзамасова, Т. В. Соловьевой. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. - 638 с.

Методические указания

для лабораторных (практических) занятий

по дисциплинам «Технология конструкционных материалов», «Материаловедение и технология конструкционных материалов»

для студентов всех специальностей и направлений

очной и заочной форм обучения

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ

ХОЛОДНОЙ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ

 

 

Составители: к.т.н., профессор Скифский С.В.

к.т.н., доцент Корешкова Е.В.

 

Подписано в печать 15.06.12. Формат 60´90 1/16. Усл. печ. л. 1.

Тираж 30 экз. Заказ № 306.

 

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Тюменский государственный нефтегазовый университет»

Технологический институт

Кафедра «Материаловедение и технология конструкционных материалов»

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ

ХОЛОДНОЙ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ

 

 

Методические указания

для лабораторных (практических) занятий

по дисциплинам «Технология конструкционных материалов», «Материаловедение и технология конструкционных материалов»

для студентов всех специальностей и направлений

очной и заочной форм обучения

 

Тюмень

ТюмГНГУ

Утверждено на заседании кафедры «Материаловедение и технология конструкционных материалов», протокол № 4 от «27» января 2012 г.

 

Составители: к.т.н., профессор Скифский С.В.

к.т.н., доцент Корешкова Е.В.

 

© Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет», 2012 г.

Методические указания предназначены для практического освоения принципов определения параметров холодной листовой штамповки в рамках изучаемого курса, формирования знаний, умений и навыков обучаемого.

В результате выполнения работы студент должен:

– знать технико-технические особенности определения параметров холодной листовой штамповки;

– уметь практически рассчитывать параметры холодной листовой штамповки;

– владеть навыками анализа и обоснования материала, проведения необходимых экспериментов, установления зависимости между параметрами, работать самостоятельно и в коллективе.

 

Цель работы – приобретение знаний, умений и навыков определения параметров холодной листовой штамповки.

Задачи.

1. Ознакомиться с основными операциями холодной листовой штамповки, приобрести навыки технологических расчетов.

2. По заданному чертежу детали и прочностным характеристикам ее материала определить исходные размеры заготовки и необходимые усилия операций вырубки и вытяжки.

 

Оборудование и материалы

 

1. Штангенциркуль.

2. Комплект заготовок по переходам и операциям технологического процесса изготовления корпуса свечи зажигания методом листовой штамповки.

 

Общие теоретические положения

 

Листовая штамповка – процесс получения из листа полосы, ленты изделия плоской или пространственной формы с заданными геометрическими и структурными параметрами без существенного изменения толщины материала.

Заготовка обрабатывается с помощью специальных инструментов –штампов, главные рабочие части которых называются матрицей и пуансоном. Пуансон вдавливает заготовку или ее часть в полость матрицы. Основным оборудованием листовой штамповки являются прессы (кривошипные, гидравлические) и молоты (воздушные).

Для листовой штамповки используют материалы, имеющие высокую пластичность: низкоуглеродистые стали (Ст2; Ст3; 08кп; 10; 20), пластичные легированные стали (например 12X18H9T), медь (Ml; M2), латунь с высоким содержанием меди (Л62, Л68), алюминий и его деформируемые сплавы и др. В связи с тем, что в основе обработки лежит процесс пластической деформации, листовая штамповка в холодном состоянии сопровождается упрочнением (наклепом) материала. В сравнении с исходным значением увеличение прочности (s_в) может быть значительным – в 2-3 раза. Поэтому обработка предварительно деформированной заготовки требует приложения больших усилий, либо промежуточной термообработки.

Операции листовой штамповки делятся на разделительные и формообразующие.

Основные разделительные операции (рис. 1):

а – отрезка – полное отделение части заготовки по незамкнутому контуру путем сдвига (часто производится на гильотинных ножницах);

б, в – вырубка и пробивка – полное отделение изделия от исходной заготовки по замкнутому контуру путем сдвига. Вырубкой оформляют наружный контур детали, а пробивкой – внутренний контур (изготовление отверстий).

 

а	б	в

 

Рис. 1. Разделительные операции листовой штамповки:

а – отрезка; б – вырубка; в – пробивка; 1 – пуансон; 2 – изделие или полуфабрикат; 3 – матрица; 4 – отходы

 

 

Основные формообразующие операции (рис. 2):

а – гибка – изменение кривизны заготовки практически без изменения ее толщины;

б, в – вытяжка – превращение плоской заготовки в полое пространственное изделие. Выделяют вытяжку без утонения стенок и вытяжку с утонением стенок;

 

а	б	в
г	д	е

 

Рис. 2. Формообразующие операции листовой штамповки:

а – гибка; б – вытяжка; в – вытяжка с утонением (протяжка); г – отбортовка; д – обжим; е – формовка с раздачей; 1 – пуансон;
2 – изделие или полуфабрикат; 3 – матрица; 4 – прижим; 5 – резиновый вкладыш

 

г – отбортовка – получение бортов (горловин) путем вдавливания центральной части заготовки с предварительно пробитым отверстием в матрицу;

д – обжим – уменьшение диаметра края полой заготовки в результате заталкивания ее в сужающуюся полость матрицы;

е – формовка – изменение формы заготовки или полуфабриката посредством деформирования ее отдельных участков – например увеличение размеров части полой заготовки с помощью резинового вкладыша.

Наиболее важное технологическое значение имеет вытяжка детали типа цилиндрической гильзы (стакана). Она производится за один или несколько переходов. Первый переход заключается в проталкивании листовой плоской заготовки через отверстие матрицы. Последующие переходы аналогичны процессу волочения труб – протягиванию изделия через волоку, размеры сечения которой меньше сечения исходной заготовки.

Проектирование технологического процесса вытяжки решает следующие основные задачи:

– расчет исходного размера плоской заготовки;

– определение усилия, необходимого для вырубки исходной заготовки из листа;

– определение усилия вытяжки на первом и последующих переходах.

 

Задание

 

1. Выбрать материал гильзы и числовые значения ее геометрических параметров по табл. 1 по вариантам, прочностные характеристики – по табл. 2 и 4.

2. Определить диаметр плоской листовой заготовки D, усилие вырубки заготовки из листа P_ВЫР и усилие первой операции вытяжки Р гильзы, изображенной на рис. 3.

3. Исходные данные и рассчитанные параметры холодной листовой штамповки оформить в виде таблиц (табл. 1, 5)

 

Таблица 1

 

Исходные данные

 

№ вар.	Материал гильзы	d, мм	h, мм	t, мм	R, мм	, МПа	, МПа
1.	Сталь 08кп
2.	Сталь 10
3.	Сталь 20			1,5
4.	Латунь Л68			1,5
5.	Сталь 08кп
6.	Сталь 10			1,2
7.	Сталь 20
8.	Латунь Л68
9.	Сталь 08кп
10.	Сталь 10
11.	Сталь 20
12.	Латунь Л68
13.	Сталь 08кп			3,5
14.	Сталь 10			2,5
15.	Сталь 20			2,5
16.	Латунь Л68			1,5
17.	Сталь 08кп
18.	Сталь 10
19.	Сталь 20			0,8
20.	Латунь Л68
21.	Сталь 08кп
22.	Сталь 10
23.	Сталь 20
24.	Латунь Л68			1,5
25.	Сталь 08кп			1,2
26.	Сталь 10
27.	Сталь 20			1,5
28.	Латунь Л68
29.	Сталь 08кп
30.	Сталь 10

 

Порядок выполнения работы

 

Исходными данными для технологических расчетов холодной листовой штамповки являются: чертеж детали с необходимыми размерами и прочностные характеристики материала.

1. Начертить деталь-гильзу. Исходные данные представить в виде соответствующей строки (№ варианта) таблицы 1.

2. Определить площадь заготовки F по серединному сечению, исходя из расчета площадей отдельных ее элементов F ₁, F ₂, F ₃.

3. Определить диаметр исходной плоской заготовки D с учетом припуска на обрезку фестонов.

4. Рассчитать усилие вырубки плоской заготовки Р_ВЫР.

5. Вычислить потребный общий коэффициент вытяжки m_ОБЩ.

6. Определить минимально допустимый коэффициент вытяжки m (формула 8) и оценить необходимость использования прижима.

7. Для определения количества переходов подсчитать относительную толщину заготовки и определить минимальный возможный коэффициент вытяжки на первом переходе m₁ (табл. 3). В случае, когда потребный общий коэффициент вытяжки m_ОБЩ меньше m₁ принять для расчетов значение m₁ для выполнения первого перехода.

8. Определить диаметр гильзы после первого перехода (d₁) исходя из принятого значения коэффициента вытяжки m₁ на первом переходе.

9. Рассчитать усилие вытяжки на первом переходе Р.