22. Определение усилий вытяжки и прижима

Усилие вытяжки изменяется на протяжении рабочего хода пуансона, достигая максимума при глубине h = (0,4 /0,6) Н, где Н - полная глубина вытяжки [183].

Рис.149. Экспериментальные кривые усилия вытяжки

На рис. 149 приведены три экспериментальные кривые изменения усилия вытяжки, кривая 1 - для стали 08, кривая 2 - для латуни Л62, кривая 3 - для алюминия, полученные при одинаковых размерах заготовки и одинаковом коэффициенте вытяжки. На той же диаграмме указано положение теоретического максимума.

Несовпадение максимума теоретических кривых с экспериментальными объясняется тем, что в теоретических исследованиях не учитывалась начальная стадия глубокой вытяжки и возникающие в ней напряжения [117]. Тем самым предполагалось, что сразу с момента приложения тянущего усилия начинается пластическая деформация фланца заготовки, чего нет в действительности (см. рис. 80).

Теоретическим исследованиим процесса вытяжки посвящен ряд работ советских и зарубежных авторов. Наиболее глубокий анализ процесса вытяжки дан в работах Е. А. Попова [95] и А. А. Шофмана [183]

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),

, где L - длина периметра изделия (по среднему диаметру);
σ_р = σ_в (1 + δ_В) - разрушающее напряжение в опасном сечении, равное для стали 10 1,2σ_в.

Фактическая-величина напряжений в опасном сечении, а следовательно, и усилие вытяжки зависит от сопротивления металла деформированию, степени деформации или коэффициента вытяжки, относительной толщины заготовки, относительного радиуса закругления матрицы и пуансона, показателя анизотропии.

Принимая наибольшее допустимое напряжение в опасном сечении σ_р = (1,1/1,2)σ_в и используя производственные и экспериментальные данные, автор предложил для определения усилий вытяжки изделий различной геометрической формы практические формулы и коэффициенты к ним, учитывающие зависимость усилия от степени вытяжки и от относительной толщины заготовки (табл. 72-77).

Обозначения:
Р - усилие вытяжки, кгс; d₁ и d₂ -диаметры цилиндрической детали на первой и второй операциях, считая по средней линии (d = d_M - S ), мм;
d_K - меньший диаметр конической детали и 0,5 диаметра сферической детали, мм;
d_{cp 1} и d_{c p 2} - средний диаметр овальных деталей после первой и второй вытяжки, мм;
d_П - наружный диаметр детали после n -й операции вытяжки, мм;
А и В - длина и ширина прямоугольной коробки, мм;
r - радиус углового закругления коробки, мм;
S - толщина материала, мм;
S_{n -1}, S_n - толщина стенки (мм) после n -1 и n -й операций вытяжки;
k₁ k_2, k_ф, k_и, k_в - коэффициенты, находимые пo таблицам, приведенным ниже;
k_v - коэффициент, равный для латуни 1,6-1,8, для стали 1,8-2,25.

Примечание. При малых радиусах закруглений [r = (4/6)S] коэффициент k₁ берется на 5% больше указанного, а область обрывов несколько увеличивается.

Коэффициент k₁ представляет собой отношение k₁ = σ_r/σ_в, где σ _r - радиальное напряжение вытяжки в зависимости σ от т и (S/D) 100.

Примечание. При малых радиусах закруглений коэффициенты k₂ берутся на 5% больше указанных, а область обрывов увеличивается.

Если первая вытяжка меньше предельно допустимой и получена при повышенных: коэффициентах т₁, то при том же значении ( S / D ) 100 относительные толщины ( S / d₁ ) 100 будут меньше приведенных в таблице.

Примечание. Эти же коэффициенты могут быть применены для конических и сферических деталей с фланцем при вытяжке в штампах без вытяжного ребра. При вытяжке тех же деталей в штампах с вытяжным ребром (буртом) значение коэффициента k_ф увеличивается на 10-20%, а область обрывов соответственно возрастает.

Примечание. По заданной высоте коробки h/B и относительной толщине заготовки по известному относительному радиусу r/В находят в правой части таблицы коэффициент k_И. Относительная высота коробок h/B дана для сталей 08-15, для других материалов применять поправки в ту или другую сторону в соответствии с большей или меньшей пластичностью металла.

Примечание. Для прямоугольных коробок d₁ и d₂, берутся равными меньшему диаметру овала первой и второй вытяжек. Если первые вытяжки меньше предельно допустимой величины, то значения S/d₁ и S/d₂ будут меньше приведенных в таблице. Для других материалов применять поправки соответственно изменению пластичности металла (увеличить при уменьшении пластичности).

Определение давления прижима имеет в основном расчетное и конструктивное значение для нахождения полного усилия расчета вытяжки, буфера, пружин и т.д. На практике необходимое давление прижима устанавливается по отсутствию складкообразования и разрывов металла.

При вытяжке цилиндрических деталей на прессах двойного действия с жестким прижимом важна не величина давлении, а установление минимально необходимого для данной толщины листа зазора между матрицей и прижимом, не защемляющего заготовку, но препятствующего образованию складок.

Расчетное усилие прижима находится по следующим формулам:

- усилие прижима для вытяжки деталей любой формы (в общем виде) Q = Fq, усилие прижима для первой вытяжки цилиндрических деталей (из плоской заготовки):

- усилие прижима для последующих вытяжек цилиндрических деталей (из пустотелых заготовок):

Здесь F - площадь заготовки под прижимом, мм²,
q - давление прижима, кгс/мм²,
d₁...d_n - диаметры вытяжки (матрицы) на первой и n-й операциях, мм;
r_м - радиус закругления вытяжной кромки матрицы, мм.

Среднее давление прижима q (кгс/мм²) указано ниже. Приведенные, опытные данные являются приближенными, так как не учитывают степени вытяжки и относительной толщины заготовки.

Более точная зависимость, учитывающая указанные факторы для мягкой стали, определяется по формуле:

Так, например, при вытяжке с коэффициентом m = 0,6 из заготовки относительной толщины (S/D) 100 = 2 давление прижима q = 0,05 кгс/мм², а при применении конической матрицы вытяжка может быть выполнена и без прижима, т.е. при q = 0. При том же коэффициенте вытяжки m = 0,6, но при относительной толщине материала (S/D) 100 = 0,3 давление прижима составляет q = 0,30 кгс/мм², а при (S/D) 100 = 2давление увеличивается до q = 0,46 кгс/мм².

Значения близкие к рассчитанным по формуле дает номограмма, приведенная на рис.150. Давление прижима, находимое по номограмме, определяется теми же параметрами.

Рис. 150. Номограмма для определения давления прижима в зависимости от d/S и D/d (для стали 10)

Полное усилие вытяжки для прессов простого действия равно:

,где Р_р - расчетное усилие вытяжки;
Q - усилие прижима (буфера).

У крупных вытяжных прессов двойного действия усилие прижима обычно составляет 0,5-0,6 номинального усилия пресса (на вытяжном ползуне). При применении пневматических или гидропневматических буферных устройств на прессах простого действия усилие прижима обычно не превышает 25% от номинального усилия пресса.

Усилие прижима на второй операции вытяжки в шесть раз меньше, чем на первой операции, что вполне естественно.