Отбортовка отверстий в листовом металле. Инструмент для отбортовки отверстий в полых деталях. Схема для расчета отбортовки изделия. Усилие для отбортовки цилиндрическим пуансоном. Формовка

Отбортовка отверстий широко используется в штамповочном производстве, заменяя операции вытяжки, с последующей вырубкой дна. Особенно значительную эффективность дает применение этого процесса при изготовлении деталей с большим фланцем, когда вытягивание затруднительно и требует нескольких переходов.

Деформация металла при отбортовке характеризуется изменением радиально-кольцевой сетки, нанесенной на заготовку (рис. 8.57) . При отбортовке отверстий происходит удлинение в тангенциальном направлении и уменьшение толщины. Расстояния между концентрическими окружностями остаются без значительных изменений.

Геометрические размеры при отбортовке определяют исходя из равенства объемов заготовки и детали . Обычно высота борта бывает задана чертежом детали. В этом случае диаметр отверстия под отбортовку примерно подсчитывают, как для простой гибки. Это допустимо благодаря небольшой величине деформаций в радиальном направлении и наличии значительного истончения материала.

Рисунок. 8.57. Схема отбортовки

Диаметр отверстия определяют по формуле :

• d = D-2 (Н-0, 43r - 0,72 S), (8.96)

Высота борта выражается зависимостью:

• H = (Dd)/2 + 0,43r + 0,72S , (8.74)

где обозначения соответствуют (рис. 8.57).

Как видно из последней формулы, высота борта при прочих равных условиях зависит от радиуса закругления. При больших радиусах закругления высота борта значительно увеличивается.

Исследования Р. Вилкена показали, что при увеличении зазора между пуансоном и матрицей до z = (8 ÷ 10) S) происходит естественное увеличение высоты и радиуса закругления борта (рис. 8.58) .

Степень деформации кромки борта при этом не увеличивается, так как диаметр заготовки не меняется. Но вследствие того, что в очаг вовлекается большое количество металла, деформация борта рассредоточивается, а истончение кромки несколько уменьшается. Установлено, что при увеличении зазора до z = (8 ÷ 10) S усилия отбортовки уменьшается на 30 - 35%. Следовательно, соответствующим образом снижаются напряжения в стенках, так как от их величины зависит сопротивление металла деформированию и усилия отбортовки.

Таким образом, этот процесс лучше производить при большой величине зазора между пуансоном и матрицей или при значительно увеличенном радиусе закругления матрицы . Такая отбортовка, характеризуемая большим радиусом закругления, но малой цилиндрической частью борта, вполне приемлема в тех случаях, когда она производится для увеличения жесткости конструкции при малой ее массе.

Процесс с малым радиусом закруглений и большой цилиндрической частью борта может применяться лишь при отбортовке небольших отверстий под резьбу или запрессовке осей или когда конструктивно необходимо иметь цилиндрические отбортованные стенки. Большое влияние величину усилия оказывает форма пуансона.

На рис. 8.59 показаны рабочие диаграммы и последовательность отбортовки при разной форме очертания рабочей части пуансона (криволинейная - траектория, дуга окружности, цилиндр со значительными закруглениями, цилиндр с маленькими закруглениями) . Усилие, необходимое для отбортовки цилиндрическим пуансоном, может быть определено по следующей формуле:

• P = lnSσt (Dd) , (8.75)

где D - диаметр отбортовки, мм; d - диаметр отверстия, мм.

Выполнение зависит от чистоты среза деформируемой кромки .

Степень деформации при отбортовке отверстий определяется соотношением между диаметром отверстия в заготовке и диаметром борта или так называемым коэффициентом отбортовки :

где d - диаметр отверстия до отбортовка; D - диаметр отбортовки (по средней линии) .

Допустимая величина поперечного сужения вследствии дефектов края отверстия, значительно ниже, чем при испытании на растяжение. Наименьшая толщина у края борта составляет S1 = S .

Величина коэффициента отбортовка зависит :

• 1) от характера обработки и состояния кромок отверстий (сверления или пробивки, наличие или отсутствие заусенцев) ;
• 2) относительной толщины заготовки, что выражается отношением (S/D) 100 ;
• 3) рода материала и его механических свойств;
• 4) формы рабочей части пуансона.

Экспериментально доказана обратная зависимость предельно допустимого коэффициента отбортовки от относительной толщины заготовки, то есть чем больше относительная толщина заготовки, тем меньше величина допустимого коэффициента отбортовки, тем больше возможная степень деформации. Кроме того, доказана зависимость предельных коэффициентов от способа получения и состояния кромки отверстия.

Наименьшие коэффициенты получены при отбортовке рассверленных отверстий, наибольшие - при отбортовке пробитых. Коэффициент рассверленных отверстий мало отличается от коэффициента пробитой и отожженной заготовки, так как отжиг устраняет наклеп и повышает пластичность металла. Иногда для устранения наклепанного слоя зачищают отверстие на зачистных штампах.

В табл. 8.42 приведены расчетные значения коэффициентов для малоуглеродистой стали в зависимости от условий отбортовки и отношение d/S .

Пробивку отверстий под отбортовку стоит делать со стороны, противоположной направлению отбортовки, или заключать заготовку решеткой вверх, чтобы грань с решеткой оказалась менее растянутой чем закругленная грань .

Если требуется большая высота борта, не может быть получена в одну операцию, то при отбортовке небольших отверстий в искусственных заготовках следует применить процесс с истончением стенок (см. ниже), а в случае отбортовки больших отверстий или при последовательной вытяжке в ленте - предварительную вытяжку , (рис. 8.60).

Расчет размеров h и d проводится по следующим формулам:

• h = (Dd)/2 = 0,57r ; (8.77)

• d = D + 1,14r - 2h , (8.78)

Отбортовка отверстий широко применяется при последовательной штамповке в ленте.

Таблица 8.42. Расчетное значение коэффициентов для малоуглеродистых сталей

Способ отбортовки	Способ получения отверстия	Значение коэффициента в зависимости от отношения d/S
		100	50	35	20	15	10	8	6,5	5	3	1
Сферическим пуансоном		0,70	0,60	0,52	0,45	0,40	0,36	0,33	0,31	0,30	0,25	0,20
	Пробивка в штампе	0,75	0,65	0,57	0,52	0,48	0,45	0,44	0,43	0,42	0,42	-
Цилиндрическим пуансоном	Сверление с зачисткой заусенцев	0,80	0,70	0,60	0,50	0,45	0,42	0,40	0,37	0,35	0,30	0,25
	Пробивка в штампе	0,85	0,75	0,65	0,60	0,55	0,52	0,50	0,50	0,48	0,47	-

Аналогичный характер с операцией отбортовки отверстий, особенно с отбортовкой края полостных деталей, имеет операция закатывания бортов полостных деталей, осуществляемая для увеличения прочности борта и закругления кромки.

Рисунок. 8.60. Отбортовка с предыдущей вытяжкой

В различных конструкциях встречаются отверстия и вырезы не круглой (овальной или прямоугольной) формы с бортами по контуру. Зачастую такие вырезы делают для облегчения массы (лонжероны и т.д..) , А борта - для увеличения прочности конструкции .

В этом случае высота борта берется небольшой (4 ÷ 6%) S при невысоких требованиях к его точности.

При построении развертки следует учитывать различный характер деформации по контуру : изгиб на прямолинейных участках и отбортовка с растяжением и небольшим уменьшением высоты в углах. Однако вследствие целостности металла деформация распространяется на прямолинейные участки борта, металл которых частично компенсирует деформацию угловых бортов. Поэтому большой разницы в высоте борта не получается.

Чтобы устранить возможные погрешности, ширину отбортованного поля на угловых закруглениях следует несколько увеличивать по сравнению с шириной поля на прямолинейных участках.

Примерно:

• b кр = (1,05 ÷ 1,1) b пр , (8.79)

где b кр и b пр - ширина поля на закруглении и на прямолинейных участках.

При отбортовке НЕ круглых отверстий расчет допустимой деформации проводится для участков с наименьшим радиусом закругления. Экспериментально установлено, что при отбортовке НЕ круглых отверстий предельные коэффициенты несколько меньше , чем при отбортовке круглых отверстий (благодаря разгрузочному влиянию соседних участков) , но величина этого уменьшения практически незначительна. Поэтому в этом случае можно пользоваться коэффициентами, установленными для круглых отверстий.

Большое влияние на величину коэффициента имеет относительная толщина материала S/r или S/d и еще большее влияние - состояние и характер кромки проема.

Предельный коэффициент отбортовки отверстий, полученных пробивкой, вследствие наклепа кромки в 1,5 - 1,7 раза больше чем в фрезерованных. Однако фрезерование является непродуктивным и нецелесообразным процессом.

На рис. 8.62 приведена последовательность изготовления детали путем вытяжки из отбортовки прямоугольной формы. За первую операцию (1) осуществляется прямоугольная вытяжка внутренней полости, за вторую операцию (II) - вырезка технологического отверстия, за третью (III) - вытяжка внешнего контура и отбортовка внутреннего контура.

Вырезание технологических отверстий или применение надрезов для разгрузки, часто применяются при вытягивании деталей сложной формы. Они позволяют значительно уменьшить перемещение внешнего фланца и использовать деформацию донной части заготовки.

d 0 =A-K(r M +S/2)-2ft,

где!)! - наружной диаметр борта; г м - радиус закругления мат­рицы; S - толщина заготовки; h- высота борта.

Обжим(рис. 17.46, б)- уменьшение периметра поперечного сечения полой заготовки. В очаге деформации толщина стенки изделия несколько увеличивается. Во избежание образования продольных складок в обжимаемой части необходимо соблюдать коэффициент обжима

К=~- = 1,2 ...1,4,

где £ заг, d m - диаметр заготовки и детали.

Холодную листовую штамповку осуществляют в основном на кривошипных прессах. По технологическому признаку механи­ческие прессы разделяют на прессы простого, двойного и трой­ного действия (соответственно одно-, двух- и трехползунные). Кинематическая схема кривошипного листоштамповочного прес­са простого действия во многом аналогична схеме кривошипного горячештамповочного пресса.

Пресс двойного действия (рис. 17.47) предназначен для глу­бокой вытяжки крупных деталей. Он имеет два ползуна - внут­ренний 3 с приводом от кривошипа и наружный 2 с приводом от кулачков 1, закрепленных на валу. Вначале наружный ползун обгоняет внутренний и прижимает фланец заготовки к матрице. Во время вытяжки пуансоном, закрепленным на внутреннем ползуне, наружный ползун неподвижен. По окончании вытяжг ки ползуны поднимаются.

Рис. 17.47. Схема однокривошипного пресса двойного действия

Для холодной штамповки крупногабаритных изделий исполь­зуют гидравлические прессы.

В качестве инструмента при холодной листовой штамповке используют штампы. Они состоят из блоков деталей и рабочих частей - матриц и пуансонов. Рабочие части непосредственно деформируют заготовку. Детали блока (верхняя и нижняя плиты, направляющие колонки и втулки) служат для опоры, направле­ния и крепления рабочих частей штампа. По технологическому признаку различают штампы простого, последовательного и со­вмещенного действия.

В штампе простого действия(рис. 17.48) за один ход ползу­на выполняется одна операция, поэтому его называют одноопера- ционным. Нижней плитой штамп устанавливают на стол пресса и крепят к нему болтами и скобами, верхнюю плиту небольших штампов крепят к ползуну с помощью хвостовика, а верхнюю плиту крупных штампов крепят к ползуну так же, как и ниж­нюю плиту, к столу пресса. Полосу или ленту подают в штамп между направляющими линейками до упора, который ограни­чивает шаг подачи полосы или ленты. Для снятия высечки с пу­ансона служит съемник.

В штампе последовательного действияза один ход ползуна выполняют одновременно две или больше операций в различных позициях, а заготовка после каждого хода пресса перемещается на шаг подачи. На рис. 17.49 представлена схема штампа по­следовательного действия для пробивки и вырубки. За каждый ход пресса происходит подача заготовки до упора 1, затем пуан­сон 3 пробивает отверстие в заготовке, а пуансон 2 при следую­щем ходе пресса производит вырубку детали.

В штампе совмещенного действия(рис. 17.50) за один ход пол­зуна пресса две и более операции выполняются в одной позиции без перемещения заготовки в направлении подачи. При движении

ползуна вниз пуансон 5 и матрица 8 производят вырубку заготов­ки из полосы 6, а пуансон 7 - одновременно вытяжку изделия в матрице 5. Последовательность операций вытяжки обозначе­ны на рисунке позициями 10...12.

Штампы последовательного n совмещенного действия назы­вают многооперационными. Они производительнее одноопера- ционных, но сложнее и дороже в изготовлении. Их используют в крупносерийном и массовом производстве.

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.

Отбортовка подразделяется на два основных вида: отбортовку отверстий и отбортовку наружного контура. Они различаются характером деформации, схемой напряжённого состояния и производственным назначением.

Отбортовка отверстий представляет собой образование бортов вокруг предварительно пробитых отверстий (иногда без них) или по краю полых деталей, производимое за счёт растяжения металла.

Рисунок 7 - Последовательность процесса отбортовки

Отбортовка отверстий широко используется в штамповочном производстве, заменяя операции вытяжки, с последующей вырубкой дна. Особенно большую эффективность даёт применение отбортовки отверстий при изготовлении деталей с большим фланцем, когда вытяжка затруднительна и требует нескольких переходов.

Заключение

Разработанные схемы и методы расчётов технологических процессов позволяют точно оценить и рассчитать характерные их показатели. Методика расчётов помогает более углубленно изучить возможные варианты качественной работы металлообрабатывающей промышленности, а именно процесса листовой штамповки. Учащимся пособие позволяет проще сориентироваться в предложенной методике расчётов, развивая логическое мышление; даёт возможность придумать новые схемы технологических процессов для внедрения в производство и успешной их работы.

Пособие может использоваться для расчётов технологических процессов любых операций процесса ХЛШ. Благодаря предложенным расчётам формообразование металлических заготовок почти всегда можно провести неоднозначно. Возможных вариантов расчёта какого-либо технологического процесса существует множество.

Чтобы получить оптимальный вариант по тому или иному примеру, необходим расчёт по нескольким возможным путям. Для более эффективного и удобного пользования материала расчётов требуется наличие определённой компьютерной программы.

ПРИЛОЖЕНИЕ I

Пример расчёта технологического процесса листовой штамповки

Пример:

Получить деталь из стали 35 в виде полусферы с размерами S=0,8 мм, Н=d/2=25 мм, d=50 мм.

1.1 Анализ методов получения изделия

Полусфера представляет собой объёмное изделие, поэтому получить его прокаткой (холодной или горячей) не возможно, т.к. данный процесс позволяет получить только плоские изделия (лист, плита, профиль), исключение составляет лишь трубы получаемые прокаткой, поэтому данный процесс формообразования исключим сразу без дальнейшего анализа. Прессованием также получить полусферу нельзя, т.к. оно предполагает изготовление также как и в прокатке плоских изделий за исключением труб (уголки, швеллеры, тавры, двутавры, другие сложные профили), следовательно, аналогично прокатке проводить более подробного анализа изготовления данного изделия не будем.

Горячая штамповка, являющаяся объёмным процессом, должна бы позволить получить данное изделие, но на самом деле это не так, т.к. её проводят в т.н. специальных технологических полостях, которые повторяют контур детали. Хотя, таким процессом деформирования можно получить черновую заготовку и после ряда дополнительных операций изготовить полусферу, но в силу длительности, повышенной трудоёмкости и экономической не целесообразности данный процесс изготовления полусферы исключим (ковка не будет даже рассматриваться, т.к. отковать такую деталь невозможно в силу трудоёмкости изготовления её геометрии для данной операции). Холодная штамповка аналогична процессу горячей штамповки в плане получения различных объемных изделий (но она позволяет получать и плоские изделия, т.к. уголок, круг и т. д.). Листовая штамповка делится на несколько операций: вырубка, пробивка, протяжка, раздача, обжим, вытяжка, формовка, резка, гибка. Резка, вырубка и пробивка позволяют получить только плоские изделия, поэтому сразу исключаем эти операции штамповки. Гибка также позволяет получить только плоские детали, но другой ориентации, следовательно, эту операцию тоже исключаем. Обжим и раздача позволяют получить детали, которые после протекания данных операций будут иметь другой диаметр в сечении по отношению к первоначальному. В данном случае заготовкой является круг специально рассчитанного диаметра, раздать такую заготовку явно нельзя, обжать тоже, т.к. в последнем случае обязательно будут иметь место гофрообразования, неудаляемые никаким дополнительным способом обработки, следовательно, эти операции также не пригодны в данном случае. Вытяжку, протяжку и формовку можно отнести в одну общую группу операций. Протяжка и формовка являются частными случаями вытяжки. Протяжка это та же операция вытяжки, но имеющая место утонение стенки в процессе деформации, которая у нас отсутствует в силу ненадобности прижима заготовки к матрице, который и вызывает

утонение стенки в результате действия на заготовку пуансона. Формовка это тоже частный случай вытяжки, но такая операция позволяет получить подобную деталь с меньшим радиусом выдавливания (в нашем случае мы имеем глубокий радиус выдавливания). Т.о., проведя полный анализ методов получения полусферы, выбираем процесс холодной листовой штамповки операцию вытяжки. Вытяжка - это процесс формообразования, приводящая к характерной объёмной схеме напряжённо – деформированного состояния.

Технологический процесс изготовления полусферы выглядит следующим образом: на участок штамповки в качестве заготовительного материала поставляют холоднокатаный лист толщиной 0,5мм. Далее ведут разделительные операции, т.е. из листа вырубают заготовки в виде круга рассчитанного диаметра. После чего заготовку кладут в вытяжной штамп и дают заранее высчитанное усилие для данной деформации. Получившееся изделие(полусфера) проверяется на наличие внешних дефектов, если они видны, то деталь либо бракуют, либо устраняют их(в зависимости от степени дефекта). Если нужны дополнительные механические действия, то деталь отправляют на механообработку(сверление, пробивка, шлифование и т.д.). Далее деталь подвергают более тщательному контролю качества и проводят исследования на пригодность работы в реальных условиях(контролю подвергают не все детали, а три штуки, взятые из одной партии). По окончании всех приведённых операций детали маркируют, упаковывают и отправляют на склад, откуда продукция поставляется заказчику.

1.2 Расчёт раскроя полосы на заготовки

Для расчётов технологического процесса для начала требуется рассчитать раскрой материала. Будем считать, что процесс штамповки данной детали автоматизирован, поэтому воспользуемся однорядным раскроем. Материалом для заготовки будет служить полоса, размер(ширину) которой следует вычислить. Для начала найдём диаметр заготовки, которая будет вырубаться из полосы. Из табл.19 диаметр заготовки для полушария находится по формуле

Длина полосы ГОСТирована и составляет 1000, 2000, 3000 мм и т.д. Примем полосу шириной 1000мм. Определим ширину полосы, для этого выясним величину перемычки между вырубаемыми заготовками

∆=(2-3)S=2*0,8мм=1,6 мм

Шаг подачи

Ш=D з +∆=70,7+1,6=72,3 мм

Ширина полосы

В=D з +2∆=70,7+2*1,6=73,9 мм

По ГОСТу нет приблизительной ширины полосы, а только точная, поэтому принимаем полосу шириной 74мм.

Количество размещаемых заготовок на полосе длиной 1000мм и шириной 74 мм

В полосе умещается целых 13 заготовок.

Площадь одной заготовки

Площадь полосы

F п =В*L=74*1000=74000 мм 2

Найдём коэффициент использования материала по формуле

Таким образом в отход идёт 31,1% металла.

1.3 Выбор технологического процесса и его расчёт

Зная диаметр заготовки, рассчитаем усилие процесса вытяжки. Т.к. ранее было принято, что вытяжка идёт в один переход, то не будем уточнять это предположение по дополнительным формулам.

Р=πD з Sσ в k 1

Это формула определения усилия процесса вытяжки, где π=3,14(постоянная), S=0,8 мм, D з =70,7 мм, k 1 = 0,5-1,0, принимаем k 1 =0,75, σ в - предел прочности для стали 35, по таблицам механических свойств для данной стали σ в =540-630 МПа, примем σ в =600 МПа.

Т.к толщина данного изделия составляет 0,8 мм, то прижим можно не использовать.

Тогда полное усилие процесса равно усилию вытяжки.

Определим работу процесса

где Р мах =79,92 МПа, С=0,6-0,8, принимаем С=0,7, h=25 мм(глубина вытяжки)

Получившиеся данные соответствуют технологическому процессу для данной детали. На основании получившихся величин выбирают оборудование для осуществления данного процесса, причём значения параметров пресса должны быть выше расчётных значений для осуществления нормальной его работы.

ПРИЛОЖЕНИЕ II

Элементарные площади простейших фигур:

Площадь круга

Площадь квадрата

Площадь кольца

Площадь треугольника

Формула для определения длины дуги круга: