Технологический процесс изготовления деталей

 

Последовательность процесса вырубки показана на рисунке 3.

Рисунок 3. Последовательность процесса вырубки и поверхность среза

Процесс резания штампами состоит из трех стадий: упругой, пластической и скалывания.

1. В первой стадии происходит упругий изгиб металла с легким выдавливанием его в отверстие матрицы. При этом напряжения в металле не превосходят предела упругости.
2. В пластической стадии происходит вдавливание пуансона в металл и выдавливание его в отверстие матрицы.

Вдавливание вырубного пуансона происходит не по всей торцевой поверхности, а лишь по кольцевому пояску толщиной b. Такое же вдавливание наблюдается и со стороны матрицы.

В результате локализованного вдавливания пуансона и матрицы возникает круговой изгибающий момент, образованный силами резания, условно представленными на рисунке 3, I и II равнодействующими нормальных напряжений. Под действием кругового изгибающего момента заготовка получает пространственный изгиб, при котором с наружной стороны заготовки возникает напряженное состояние двухосного растяжения, а на внутренней стороне – двухосного сжатия.

Непосредственно под режущей кромкой пуансона создается напряженное состояния объемного сжатия, а над режущей кромкой матрицы – напряженное состояние с напряжениями радиального растяжения. Первое более благоприятно для пластического течения металла и способствует возникновению микротрещин в зоне резания.

К концу второй стадии напряжения вблизи режущих кромок достигают максимальной величины, соответствующей сопротивлению металла срезу.

3. В третьей стадии процесса вырубки у режущих кромок матрицы образуются скалывающие трещины (рисунок 3, III). После дальнейшего погружения пуансона и исчерпывания местной пластичности металла, скалывающие трещины возникают и у режущих кромок пуансона (рисунок 3, IV, V).

Скалывающие трещины, направленные по линиям наибольших деформаций сдвига, быстро распространяются на внутренние слои металла и вызывают отделение вырезаемой детали. При дальнейшем движении пуансон проталкивает вырезанную деталь через рабочую шейку матрицы [3].

При нормальном зазоре z1 поверхности сдвига, возникающие у режущих кромок пуансона, совпадают с поверхностями сдвига и трещинами, возникающими у режущих кромок матрицы, образуют общую криволинейную поверхность скалывания (рисунок 3, а).

При малом зазоре z2 и большой толщине материала поверхности сдвига, идущие от кромок пуансона, не совпадают с поверхностями сдвига, возникающих у кромок матрицы. Поверхность получается сравнительно гладкой, лишь в нижней части образуется небольшой шероховатый скол.

 

2.2.2 Вытяжка

Вытяжка представляет собой процесс превращения плоской заготовки в полую деталь любой формы и производится на вытяжных штампах.

Вытяжка происходит за счёт пластической деформации, сопровождаемой смещением значительного объёма металла в высоту. При большой степени деформации, что соответствует глубокой вытяжке, и при небольшой толщине материала смещённый объём является причиной образования гофр на деформируемой заготовке. При малой степени деформации и при относительно большой толщине материала гофрообразования не происходит, так как в этом случае смещённый объём металла невелик, а заготовка устойчива.

На рисунке 4 приведены кривые изменения логарифмических деформаций () в разных точках вытянутого цилиндрического изделия A, B, C, D. Эти кривые показывают, что на участке данного закругления и несколько выше, где происходит утонение материала, деформация радиального удлинения превышает деформации тангенциального сжатия. На участке, где происходит утолщение материала, деформации тангенциального сжатия (укорочения) превышают по величине деформации радиального удлинения [4].

 

 

Рисунок 4. Деформации при цилиндрической вытяжке

 

Как видно из рисунка 4, деформация при вытяжке в действительности является объемной, а не плоской, как зачастую принимается при анализе процесса вывтяжки.

 

2.3 Определение размеров  и форм заготовок

Для получения вытяжкой данной детали заготовка имеет форму круга.

Основным правилом для определения размеров заготовок при вытяжке является равенство объёмов заготовки и готовой детали, так как в процессе пластической деформации объём металла остаётся постоянным.

При вытяжке без утонения стенок изменением толщины материала обычно пренебрегают, и определение размеров заготовки производят по равенству площади поверхности заготовки и готовой детали с припуском на обрезку.

Рассматриваемый случай относится к вытяжке круглых деталей (являющихся телами вращения) простой формы без утонения материала.

Диаметр заготовки найдем по формуле [3, с. 97 табл. 32]:

 

Припуск на обрезку [3, с. 99, табл.34] для отношения: 
  h/d=300/600=0,5   равен 7мм.

2.3.1 Выбор вида  и типа раскроя листового материала

Полосы нарезаем на гильотинных ножницах. Резку полос можно осуществлять вдоль и поперек листа. Вырубку круглых деталей можно производить при их однорядном и шахматном расположении. Рассмотрим два варианта расположения деталей при вырубке при продольном и поперечном раскрое листа. Для каждого варианта определим коэффициент использования материала, и результаты сведем в таблицу 4.

Лист:

Рисунок 5. Раскрой листа: а) – продольный; б) – поперечный.

1. Раскрой листа на полосы и однорядная вырубка деталей из полосы:

Рисунок 6. Схемы расположения круглых деталей на материале:

а – однорядная; б – двухрядная

2. Шахматное  расположение деталей на полосе:

Рисунок 7. Шахматное расположение деталей на полосе

 

Полоса:

   

а) однорядное     б) – шахматное

Рисунок 8. Расположение деталей на полосе

 

Однорядное расположение деталей на полосе при продольном раскрое листа:

Определим количество деталей на полосе:

, где

LП  - длина полосы;

D – диаметр вырубаемой детали;

- величина  перемычки.

 

Суммарная площадь деталей на полосе:

,

где Fд - площадь одной детали.

Ширина полосы:

 

 

Площадь полосы:

 

Коэффициент использования материала полосы:

 

Количество полос в листе:

 

Количество деталей в листе:

 

Коэффициент использования материала листа:

 

 

1. Однорядное расположение деталей на полосе, при поперечном раскрое листа:

Определим количество деталей на полосе:

Где LП  - длина полосы;

D – диаметр вырубаемой детали;

- величина  перемычки.

Суммарная площадь деталей на полосе:

Где Fд - площадь одной детали.

Ширина полосы:

Площадь полосы:

Коэффициент использования материала полосы:

Количество полос в листе:

Количество деталей в листе:

Коэффициент использования материала листа:

2. Шахматное расположение деталей на полосе при продольном раскрое листа:

Определим количество деталей на полосе:

Ширина полосы:

Площадь полосы:

Суммарная площадь деталей на полосе:

Коэффициент использования материала полосы:

Количество полос в листе:

Количество деталей в листе:

Коэффициент использования материала листа:

3. Шахматное расположение деталей на полосе при поперечном раскрое листа:

Определим количество деталей на полосе:

Ширина полосы:

Площадь полосы:

Суммарная площадь деталей на полосе:

Коэффициент использования материала полосы:

Количество полос в листе:

Количество деталей в листе:

Коэффициент использования материала листа:

 

 

Таблица 4 – Коэффициенты использования материала

Полоса	Однорядное расположение		Шахматное расположение
Лист	Продольный раскрой	Поперечный раскрой	Продольный раскрой	Поперечный раскрой
КИМ П	0,65	0,64	0,73	0,78
КИМ Л	0,55	0,33	0,87	0,72

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 5. Результаты расчета экономичности раскроя листов

Вариант раскроя	Количество, шт.
	Полос из листа	Деталей из полосы	Деталей из листа
Поперечный однорядный	2	5	10
Продольный однорядный	2	3	6
Поперечный шахматный	1	11	22
Продольный шахматный	1	11	22

 

Таким образом, исходя из величин коэффициентов использования материала полосы и листа, шахматное расположение деталей на полосе при продольном раскрое листа имеет наибольший коэффициент использования материала.

Так как, при продольном раскрое листа получаем максимальный коэффициент использования металла, учитывая, что при продольном раскрое есть большая возможность рационального использования концевых отходов листов, выберем однорядное продольное расположение полосы на листе.

 

2.4 Установление  количества и последовательности  операций

В зависимости от соотношения высоты и диаметра вытягиваемой детали, а также от относительной толщины заготовки вытяжка может быть выполнена за одну или несколько операций. Необходимо, чтобы вытяжка была произведена за наименьшее количество операций, выполняемых с возможно большей степенью деформации (относительное уменьшение диаметра и увеличение глубины вытяжки), без применения промежуточного отжига.

Коэффициенты вытяжки цилиндрических деталей без фланца выражаются отношениями [3]:

Для первой вытяжки 

Для второй вытяжки  

Для последующих вытяжек  

Установив правильную величину коэффициентов вытяжки по операциям, находят размеры последующих вытяжек:

, ,  

Dзаг = 847мм., S = 5мм.

Относительная толщина заготовки

При вытяжке деталей сферической (полушаровой) формы коэффициент вытяжки постоянен и для любого диаметра равен m = 0,71

Диаметры переходов по средней линии:

 

Диаметр детали по средней линии 602,5мм.

Подсчитаем операционную высоту вытягиваемой детали [3, с. 125]

 

Данная деталь вытягивается за один переход.

 

 

2.5 Установление степени совмещенности операций

 

Этот вопрос определяет выбор конструкции штампа: комбинированного или последовательного. Обычно комбинированный штамп используется при изготовлении крупных деталей (300-1000 мм), а также при выполнении операций с элементами повышенной степенью точности.

В данном случае выбираем комбинированный штамп для вырубки заготовки и вытяжки.

 

2.6 Определение усилия и работы

Усилие вытяжки изменяется на протяжении рабочего хода пуансона, достигая максимума при глубине , где Н – полная глубина вытяжки.

На практике получили применение инженерные формулы для определения усилия вытяжки, которые исходят из известного положения, что допустимые напряжения в опасном сечении должны быть меньше разрушающих, а следовательно, наибольшее усилие предельно возможной вытяжки должно быть несколько меньше усилия, необходимого для разрыва боковых стенок изделия около дна (в опасном сечении), . Рассчитаем усилие вытяжки [3]: