Отбортовка изделий на специальных штампах. Отбортовка наружного контура. Отбортовка отверстия (внутренняя).

Схема для расчета отбортовки изделия. Усилие для отбортовки цилиндрическим пуансоном. Формовка.

Различают отбортовку отверстия (внутреннюю) и отбортовку наружного контура. Отбортовку изделий выполняют на специальных штампах. Чтобы произвести отбортовку в плоскостной или пустотелой заготовке, необходимо предварительно пробить в ней отверстие. При глубокой отбортовке сначала делают вытяжку, затем пробивают отверстие и после выполняют отбортовку. Для того чтобы выполнить отбортовку без разрывов и трещин за одну операцию, необходимо учитывать степень деформации (или так называемый коэффициент отбортовки) K отб =d/D, где d - диаметр предварительно пробитого отверстия, мм; D - диаметр отверстия, полученного после отбортовки, мм.

Отбортовку изделия из тонкого материала осуществляют с прижимом изделия к поверхности матрицы штампа. Диаметр отверстия под отбортовку для невысокого борта приближенно можно определить по методу, который применяется при подсчете заготовки с закруглением, получаемой гибкой. Например, для изделия, показанного на рис. 9, диаметр отверстия (мм) в заготовке определится по формуле d=D 1 - π - 2h. Отсюда высота борта H=h + r 1 + S=D - (d/2)+0,43r 1 + 0,72S.

Рис. 9. Схема для расчета отбортовки изделия

Практикой установлено, что предельный коэффициент отбортовки зависит от механических свойств материала, относительной толщины заготовки (S/d) . 100, шероховатости поверхностей кромок отверстий в заготовке, формы рабочей части пуансона штампа.

Радиус закругления цилиндрического пуансона должен быть не менее четырех толщин материала.

Усилие для отбортовки цилиндрическим пуансоном можно определить по формуле А. Д. Томленова: P отб = π(D-d)SCσ т ≈1,5π(D-d)Sσ в, где D - диаметр отбортовки изделия, м; d - диаметр отверстия под отбортовку, м; S - толщина материала, м; С - коэффициент упрочнения металла и наличия трения при отбортовке Сσ т = (1,5÷2)σ в; σ т и σ в - предел текучести и временное сопротивление разрыву материала, МПа (Н/м 2).

Отбортовка наружного контура детали применяется с выпуклым и вогнутым контурами. Отбортовка с выпуклым контуром аналогична процессу неглубокой вытяжки, а отбортовка вогнутого контура аналогична отбортовке отверстий.

Величина деформации при наружной отбортовке выпуклого контура K н.отб = R 1 /R 2 , где R 1 - радиус контура плоской заготовки; R 2 -радиус отбортованного контура изделия.

Формовкой называют операцию, при которой происходит изменение формы изделия, предварительно полученного вытяжкой. К такой операции относятся, например, формовка изнутри (выпучивание), получение выпуклости, впадины, рисунка, надписи. Штампы для формовки изнутри имеют разъемные матрицы и разжимное эластичное устройство (жидкостное, резиновое, механическое).

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:

Использование: область обработки металлов давлением. Сущность: способ отбортовки отверстий, при котором заготовку деформируют с одновременной обработкой очага деформации до пластического состояния электрическим током. При этом ток подают импульсами в центральную часть очага деформации на ширину обработки, равную 0,35 ... 0,45 диаметра отбортовываемого отверстия. 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способам интенсификации операции отбортовки отверстий в листовых и трубчатых заготовках различных материалов, и может найти применение в авиационной и смежных с ней отраслях промышленности машиностроения. Из научно-технической литературы известно, что отбортовка отверстий это операция, часто применяемая в технологи производства деталей летательных аппаратов. Отбортовка применяется для образования борта по краям отверстий и по незамкнутому, но вогнутому контуру. В большинстве случаев изготавливаемые с помощью отбортовки борта представляют собой элементы жесткости листовых деталей или переходные элементы, применяемые для последующего соединения деталей в единую конструкцию. Увеличение предельных возможностей операции отбортовки отверстий листовых заготовок приводит к увеличению высоты изготавливаемых бортов и, следовательно, либо к увеличению жесткости изготавливаемых деталей при снижении их веса, что особо важно для деталей летательных аппаратов, либо к улучшению возможностей по применению различных методов соединения деталей. Таким образом, интенсификация операции отбортовки отверстий представляется весьма важной. Известен способ операции отбортовки отверстий основанный на изменении схемы напряженно-деформированного состояния в очаге деформации. Как известно, при традиционной схеме деформирования (отбортовка перемещающимся пуансоном) в очаге деформации возникает двухстороннее растяжение. При приложении сжимающего усилия к торцу отбортовываемого отверстия, в соответствии с описываемым способом интенсификации, за счет возникновения в радиальном направлении интенсивных сжимающих напряжений удается в значительной степени компенсировать влияние растяжения в тангенциальном направлении на процесс деформирования. Данный способ кроме существенного увеличения степеней формоизменения позволяет изготавливать борта без изменения толщины исходной заготовки. Среди недостатков способа интенсификации операции отбортовки следует отметить: значительное усложнение оснастки и увеличение затрат на ее производство, увеличение контактных напряжений, приводящее к уменьшению стойкости деталей штампа. Известен способ интенсификации операции отбортовки отверстий в соответствии с которым очаг деформации заготовки перед ее формоизменением нагревают до температур, соответствующих повышению пластических свойств деформируемых материалов. Причем нагрев выполняют дифференцированно. Вблизи кромки отверстия материал нагревают до больших температур, чем в зоне сопряжения борта со стенкой. Описываемый способ интенсификации позволяет повысить предельные возможности процесса формоизменения. Среди недостатков описанного способа следует указать: длительность цикла производства одной детали, обусловленная длительностью нагрева деталей штамповочной оснастки и собственно заготовки, значительность энергетических затрат. Решаемой задачей настоящего изобретения является повышение технологических возможностей операции отбортовки отверстий, повышение качества деталей и снижение производственных затрат. Указанная цель достигается тем, что в способе интенсификации операции отбортовки отверстий, включающем обработку очага деформации электрическим током до пластического состояния в плоскости листа в процессе ее деформирования, электрический ток подают импульсами в центральную часть очага деформации заготовки, на ширину обработки B обр. равную: B обр. =(0,35.0,45) D отв, где: D отв исходный диаметр отверстия. На фиг. 1 изображен фрагмент листа с отбортовываемым отверстием и схематическим изображением контактов и линий электрического тока обработки; на фиг. 2 зависимость коэффициента отбортовки от величины отношения ширины зоны обработки B обр к диаметру исходного отверстия D отв. При осуществлении данного способа обработки заготовок в процессе их деформирования реализуется модель неравномерной электроимпульсной обработки. Как уже отмечалось выше при реализации равномерной электроимпульсной обработки в радиальном направлении заготовок в процессе отбортовки отверстий кромка отверстия обрабатывается импульсным электрическим током только в начальный момент деформирования. В последующем, по мере увеличения зоны контакта заготовки с токопроводящим пуансоном, кромка отверстия ведется током не обрабатывается и не пластифицируется. При реализации модели неравномерной обработки током в плоскости листа центральные части заготовки между токопроводящими элементами 1 обрабатываются с максимальной интенсивностью, о чем свидетельствует графическое изображение линий тока 2. Интенсивность обработки кромок отверстий 3 при этом еще более возрастает за счет дополнительной концентрации тока, обусловленной "сгибанием" током "препятствия", в роли которого выступает само отверстие. Краевые же части заготовки обрабатываются за счет рассеяния линий тока с уменьшением интенсивности обработки по мере удаления от токовыводящих элементов. Таким образом обрабатываемость отбортовываемого отверстия 3 не зависит от степени прилегания к пуансону и осуществляется за счет "затекания" тока, объясняемого неравномерностью электроимпульсной обработки. Реализация данного способа при образовании бортов по краям отверстий или по незамкнутому, но разработку в целях повышения пластических свойств материалов и восстановления их ресурса пластичности в процессе всего этапа деформирования, что приводит к повышению степени формоизменения. Пример. При экспериментальном определении эффективности предлагаемого способа операции отбортовки производилось сравнение предельных степеней формоизменения деталей, изготовленных в соответствии с прототипом и изготовленных в соответствии с формулой предполагаемого изобретения. В качестве параметра для сравнения принималась величина коэффициента отбортовки k отб, определяемая как отношение диаметра исходного отверстия D отв к диаметру полученного борта D б. Электроимпульсная обработка заготовок в процессе их деформирования выполнялось от источника импульсного тока, в состав которого входили: понижающий трансформатор мощностью 250 кВт; прерыватель тока сварочного типа, используемый для регулирования в широких пределах энергетических и временных параметров тока обработки. Для изменения энергетических и временных параметров тока обработки применялся запоминающий осциллограф С8-13 и измерительный трансформатор тока. Деформирование заготовок из различных материалов осуществлялось на гидравлическом прессе с максимальным усилием 300 кН. Специально сконструированная и изготовленная экспериментальная оснастка со сменными пуансоном и матрицей позволяла производить деформирование заготовок в соответствии с обоими сравниваемыми способами. Применение токопроводящих электроизолированных друг от друга пуансона и матрицы обеспечивало возможность осуществления процесса деформирования в соответствии со способом, принятым за прототип. Применение пуансона, матрицы и прижима из изоляционных термостойких материалов со встроенными в прижим электроконтактами позволяло деформировать материалы по способу, предлагаемому в формуле изобретения. Причем при деформировании заготовок в соответствии с предлагаемым изобретением за счет применения разноразмерных токопроводящих прокладок обеспечивалась возможность варьирования зоной обработки током и, следовательно, варьирования степенью неравномерности электроимпульсной обработки. Для соответствия экспериментальных данных, полученных по обоим схемам деформирования, формоизменение осуществлялось конусными пуансонами с углом конусности 30. Эффективность предлагаемого способа интенсификации операции отбортовки выявлялась в процессе деформирования заготовок из сплавов: Д16М, В95М, 12Х18Н10Т, ОЕ4. Толщина листовых заготовок из всех исследуемых сплавов составляла 2 мм. Отверстия в заготовках получали сверлением с последующей зачисткой кромок. Соотношения величин коэффициентов отбортовки, полученных при деформации в соответствии со способом, принятым за прототип и в соответствии с предлагаемым изобретением, приведены в таблице. Из анализа данных, приведенных в таблице, следует, что применение электроимпульсной обработки материалов в процессе их деформирования, осуществляемое в соответствии с существом настоящего изобретения, позволяет в среднем на 35% уменьшить величину коэффициента отбортовки и, следовательно, существенно увеличить предельные возможности операции по отношению к способу обработки заготовок импульсным током в процессе их формоизменения, принятым за прототип. Это однозначно свидетельствует о преимуществах данного способа интенсификации операции отбортовки по отношению к способу, принятому за прототип, и подтверждает цели, описанные в отличительной части формулы изобретения. Для определения оптимальной величины зоны обработки импульсным электрическим током производилась отбортовка отверстий с варьированием в широких пределах шириной контактов токопроводов. Для этого в экспериментах применялись равноразмерные токопроводящие прокладки. При применении этих прокладок величина зоны обработки изменялась от B обр 0,25 D отв до B обр 0,7 D отв с шагом B 0,05 D отв. Эксперименты проводились на всех перечисленных выше материалах. В качестве параметра сравнения также как и ранее использовалась величина коэффициента отбортовки k отб. Результаты, полученные в данной части описываемых экспериментальных исследований для алюминиевого сплава Д16М, приведены на фиг. 2. Из анализа зависимости коэффициента отбортовки k отб от величины отношения B обр /D отв, определяющем зону обработки импульсного сплава Д16М в процессе ее деформирования при осуществлении операции отбортовки отверстий (фиг. 2), можно сделать следующие выводы: при уменьшении зоны обработки импульсным электрическим током и, следовательно, увеличении неравномерности обработки очага деформации наблюдается уменьшение коэффициента отбортовки, что свидетельствует об увеличении предельных степеней формоизменения; минимальные значения коэффициента отбортовки принимают при обработке зон заготовки, соответствующих ширине B обр (0,25.0,45) D отв; при величине зоны обработки B обр импульсным током меньше 0,35 от диаметра исходного отверстия под отбортовку D отв из-за значительных концентраций тока около контактов наблюдается интенсивный материал заготовки, приводящий к возникновению пригаров, прожогов и других неустранимых поверхностных дефектов (штриховая часть линии на фиг. 2). Таким образом нецелесообразно при выполнении операции отбортовки отверстий уменьшить зону обработки импульсным электрическим током B обр меньше величины 0,35 от диаметра исходного отверстия D отв. Результаты экспериментальных исследований по определению оптимальной зоны обработки импульсным электрическим током заготовок из других перечисленных выше материалов при отбортовке на них отверстий полностью аналогичны приведенным выше для алюминиевого сплава В16М, поэтому они, как и выводы по ним, не приводятся. Приведенные выше экспериментальные исследования подтверждают предлагаемый в формуле изобретения диапазон зон электроимпульсной обработки листовых заготовок в процессе отбортовки на них отверстий. Изобретение применимо в аэрокосмической промышленности и смежных с ней отраслях машиностроения.

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.

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)

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

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.

Вытяжка

Вытяжка – формоизменение листовой заготовки в чаше- или коробообразную оболочку или заготовки в виде такой оболочки в более глубокую оболочку, происходящее за счет втягивания пуансоном в матрицу части материала, находящегося на зеркале за контуром проема (полости) матрицы, и растяжения части, находящейся внутри контура. Существуют разновидности вытяжки – осесимметричная, неосесимметричная и сложная. Неосесимметричная вытяжка – вытяжка неосесимметричной оболочки, например коробообразной, имеющей две или одну плоскости симметрии. Сложная вытяжка – вытяжка оболочки сложной формы, обычно не имеющей ни одной плоскости симметрии. Осесимметричная вытяжка – вытяжка оболочки из осесимметричной заготовки осесимметричными пуансоном и матрицей (рис. 9.39, 9.40).

Рис. 9.39. Схема вытяжки (а ) и вид полученной заготовки (б )

Рис. 9.40. Внешний вид заготовок после вытяжки (а ) и отсечки технологического отхода (б)

При вытяжке плоская заготовка 5 втягивается пуансоном 1 в отверстие матрицы 3. Во фланце заготовки при этом возникают значительные сжимающие напряжения, которые могут вызвать образование складок.

Для предотвращения этого применяют прижимы 4. Их рекомендуется использовать для вытяжки из плоской заготовки при D з – d 1 = 225, где D з – диаметр плоской заготовки; d 1 – диаметр детали или полуфабриката; δ – толщина листа. Процесс характеризуется коэффициентом вытяжки т =d 1/D з. Для предотвращения отрыва дна он не должен превышать определенного значения. Глубокие детали, которые по условиям прочности нельзя вытянуть в один переход, вытягивают в несколько переходов. Значение коэффициента т выбирают по справочным таблицам в зависимости от вида и состояния заготовки. Для мягкой стали при первой вытяжке значение т принимают 0,5–0,53; для второй – 0,75–0,76 и т.д.

Усилие вытяжки цилиндрического полуфабриката в штампе с прижимом определяют приближенно по формуле

где Р 1 – собственное усилие вытяжки, ; Р2 – усилие прижима, ; п – коэффициент, значение которого выбирают по справочным таблицам в зависимости от коэффициента т; σв – предел прочности материала; F 1 – площадь сечения цилиндрической части полуфабриката, через которую передается усилие вытяжки; q – удельное усилие вытяжки; F 2 – площадь контакта прижима и заготовки в начальный момент вытяжки.

Значение q выбирают по справочникам. Например, для мягкой стали оно составляет 2–3; алюминия 0,8–1,2; меди 1–1,5; латуни 1,5–2.

В зависимости от вида вытягиваемого полуфабриката пуансоны и матрицы могут быть цилиндрическими, коническими, сферическими, прямоугольными, фасонными и др. Их делают с закруглением рабочих кромок, величина которых влияет на усилие вытяжки, степень деформации, возможность образования складок на фланце. Размеры пуансона и матрицы выбирают так, чтобы зазор между ними составлял 1,35–1,5 толщины деформируемого металла. Пример пуансона для получения цилиндрических деталей показан на рис. 9.41.

Рис. 9.41.

1 – корпус штампа; 2 – корпус пуансона; 3 – пуансон

Отбортовка

Это формоизменение, при котором часть листовой заготовки, расположенная вдоль ее замкнутого или незамкнутого контура, под действием пуансона смещается в матрицу, одновременно растягивается, поворачивается и превращается в борт. Образование борта из области, расположенной вдоль выпуклого замкнутого или незамкнутого контура листовой заготовки, представляет собой неглубокую вытяжку, а вдоль прямолинейного контура – гибку.

Существует два вида отбортовки – внутренняя отбортовка отверстий (рис. 9.42, а ) и внешняя отбортовка наружного контура (рис. 9.42, б ), которые различаются между собой характером деформации и схемой напряжений.

Рис. 9.42.

а – отверстий; б – наружного контура

Процесс отбортовки отверстий заключается в образовании в плоском или полом изделии с предварительно пробитым отверстием (иногда и без него) отверстия большего диаметра с цилиндрическими бортами (рис. 9.43).

Рис. 9.43.

За несколько операций в плоской заготовке можно получать отверстия с отбортовкой сложной формы (рис. 9.44).

Рис. 9.44.

Отбортовка отверстий позволяет не только получать конструктивно удачные формы различных изделий, но и экономить штампуемый металл. В настоящее время отбортовкой получают детали с диаметром отверстия 3–1000 мм при толщине материала 0,3–30,0 мм (рис. 9.45).

Рис. 9.45.

Степень деформации определяется отношением диаметра отверстия в заготовке к диаметру борта по средней линии D (рис. 9.46).