Радиусы закругления и зазоры при вытяжке
Радиусы закруглений вытяжных кромок матриц оказывают значительное влияние на процесс вытяжки. От них зависит: напряжения в вытягиваемом материале и усилие вытяжки; величина допустимого коэффициента вытяжки; образование обрывов или складок.
 Рис. 154. Уменьшение ширины фланца и усилия прижима при увеличении радиуса закругления кромок матрицы |
Во второй стадии вытяжки увеличение радиуса закругления матрицы благоприятно потому, что в этом случае уменьшается сопротивление изгибу, и, главным образом потому, что это уменьшает ширину перетягиваемого фланца и делает его более устойчивым против образования складок. Благодаря этому требуется меньшее давление прижима q и общее усилие прижима Q (рис. 154), в результате чего снижаются радиальные напряжения в опасном сечении и становится возможной более глубокая вытяжка.
Однако чрезмерное увеличение радиуса закругления матрицы может привести и тому, что плоская часть заготовки слишком рано выйдет из-под прижима, вследствие чего в ней возникнут гофры, которые заклиниваются в зазоре и приводят к разрыву заготовки. Это особенно опасно при вытяжке деталей из относительно тонких заготовок. Поэтому величина радиусов закруглений вытяжных кромок матриц должна быть подразделена по относительной толщине заготовки. Радиусы закруглений вытяжных кромок пуансонов следует брать в 1,5-2 раза меньше радиусов закруглений матрицы.
Оптимальные значения радиусов закруглений вытяжных кромок матриц и пуансонов в зависимости от относительной толщины вытяжки (S/D) 100 приведены в табл. 79.
| Степень деформации | Радиусы закруглений при относительной толщине (S/D) 100 | |||||
| 8.0 | 2,0 | 1,5 | 1,0 | 0,5 | 0,25 | |
| Большая (m = 0,45/0,5): Rм/S | 5 | 6,0 | 7,5-8,0 | \cf19-10 | 12 | 14 |
| Rп/S | 8 | 4,0 | 5,0 | 6 | 8 | 9 |
| Малая (т = 0,56/0,62): R'м/S | 8 | 4,0 | 5,0 | 6 | 8 | 9-10 |
| R'п/S | 2 | 2,5 | 3,0 | 4 | 5 | 6 |
В ряде отраслей производства получили применение вытяжные штампы со свободным складкодержателем (рис. 155). В данном случае конусный складкодержатель не имеет ни жесткой, ни упругой связи с конструкцией штампа, а свободно подвешен на буртиках или заплечиках на вытяжной пуансон и свободно перемещается в осевом направлении.
 Рис. 155. Вытяжной штамп со свободным коническим складкодержателем |
Как видно из рис. 155, пуансон вытягивает плоскую заготовку в конусную чашку, после чего конический прижим опускается внутрь ее и при дальнейшем коде пуансона силой трения удерживается в рабочем положении, предотвращая образование складок. Такие же свободные складкодержатели применяются и при вытяжке в конической матрице на прессах простого действия.
При вытяжке деталей с широким фланцем опасность образования гофров в конце вытяжки не возникает, так как фланец не выходит из-под прижима. Следовательно, в данном случае радиусы закруглений могут быть взяты большей величины по сравнению с вытяжкой деталей без фланца. В посудном производстве при вытяжке изделий с фланцем успешно применяют радиусы закруглений матрицы от 30 до 40 S.
В табл. 80 приведены приближенные значения радиусов закругления вытяжных кромок матрицы для вытяжки с фланцем и вытяжными ребрами. При мелкой вытяжке без прижима (отбортовке) радиусы закруглений для крупных деталей следует брать в пределах 2-4 S, а для небольших деталей применять матрицу эвольвентного профиля.
| Тип вытяжии | Радиусы закруглений при относительной толщине заготовки (S/D) 100 | ||
| 2,0 - 1,0 | 1,0 - 0,2 | 0, 2 - 0,06 | |
| С фланцем | (10/15)5 | (15/20) S | (20/30)S |
| С вытяжными ребрами | (4/6)5 | (6/8)3 | (8/10)S |
При вытяжке детали с широким фланцем в одну операцию радиус закругления матрицы берется равным чертежному размеру закругления у фланца. Однако не рекомендуется применять радиусы закруглений меньше 5 - 8 S.
На последующих операциях вытяжки радиусы закруглений матрицы постепенно уменьшают и принимают равными rn = (0,6/0,8) причем на первых операциях дают более сильное уменьшение. При последовательной вытяжке в ленте коэффициенты вытяжки обычно берут несколько увеличенными, поэтому радиусы закруглений матрицы могут быть взяты меньшей величины.
 Рис. 156. Размеры вытяжного ребра матрицы (по AWF) |
При изготовлении последовательного штампа рекомендуется делать минимально допустимые радиусы закруглений, чтобы иметь возможность их увеличить при отладке штампа. При вытяжке в ленте мелких деталей можно применять вытяжку со второй до последней операции при одной и той же величине радиуса закругления с калибровкой его на калибровочной операции. При калибровке практически достижимо уменьшение радиуса закругления от двух до пяти раз, однако он должен быть не менее чем r = 0,5 S.
При вытяжке неглубоких конических, а также полусферических деталей вытяжные кромки матрицы делают в виде выступающего ребра, размеры которого приведены на рис. 156. Вытяжные ребра предназначены для натяжения металла при вытяжке, увеличения растягивающих и уменьшения тангенциальных напряжений и предотвращения складкообразования. Поэтому в штампах с натяжными ребрами радиусы закруглений матрицы не только не увеличивают, но, наоборот, берут небольшой величины от 4 до 10 S. По нормали AWF радиус закругления вытяжного ребра принимается r = 0,05 d√%%Л0 S %%Л1.
При вытяжке крупногабаритных деталей кузова автомобиля вытяжные (тормозные) ребра обычно ставят на прижиме, а на матрице делают канавки. Наиболее распространенная конструкция вытяжных ребер приведена на рис. 157.
Рис. 157. Конструкция вытяжных (тормозных) ребер в кузовных штампах
Для уменьшения размеров вытягиваемых заготовок применяют ступенчатые ребра (пороги), которые расположены у вытяжной кромки матрицы и предназначены главным образом для вытяжки неглубоких деталей, имеющих плавный контур (рис. 158). Они позволяют уменьшить ширину фланца под прижимом и размер заготовки. Первый тип (рис. 158, а) предназначен для неглубокой вытяжки, второй тип (рис. 158, б) - для глубокой вытяжки.
Рис. 158. П-образные тормозные пороги
Количество и расположение тормозных ребер зависят от формы контура, характера рельефа и глубины вытяжки Ребра устанавливают в местах заготовки, подвергаемых более легкой деформации, в которых требуется затормозить перемещение материала и увеличить растягивающие напряжения.
На рис. 159 приведены примеры расположения тормозных ребер для некоторых типов изделий. Как видно из рис. 159, в местах угловых закруглений ребра не ставят или дают одни ряд ребер, в то время как на прямолинейных длинных стенках устанавливают два или даже три ряда ребер.
Рис. 159. Примеры расположения вытяжных (тормозных) ребер (по нормам AWF)
Штампы с вытяжными ребрами сложны и дороги и изготовлении, особенно при криволинейной поверхности прижима. Для серийного производства Такие штампы неэкономичны и неприменимы.
В ГДР вместо штампов с вытяжными ребрами получили применение эластичные складкодержатели с регулируемым давлением. Складкодержатели (прижим) состоит из нескольких регулируемых стоек, устанавливаемых по контуру вытяжки и соединенных с эластичной прижимной плитой из 16-миллиметровой фанеры (см. рис. 147), Регулируя длину каждой стойки, получают требуемое давление прижима в отдельных участках контура вытяжки в пределах от 100 до 1000 кгс.
Для измерения давления стойки снабжены гидравлическими мессдозами с маио метрами.
При обычной вытяжке деталей больших и средних размеров для уменьшения трения между матрицей и материалом применяется зазор между вытяжным пуансоном в матрицей. При определении величины зазора в данном случае учитывают утолщение края заготовки при вытяжке и неравномерность толщины материала (допуски по толщине). Установить единую величину зазоров, применимых во всех случаях вытяжки, невозможно, так как вытянутые детали сильно различаются по габаритам, степени точности и техническим условиям, а также по способу вытяжки (без прижима, с прижимом, с выворачиванием). При вытяжке небольших цилиндрических и прямоугольных деталей способы вытяжки различаются в зависимости от величины зазора на три типа (рис. 160): обычную вытяжку, с зазором больше толщины материала z > S0 (рис. 160, а); комбинированную вытяжку с зазором z < S0 (рис. 160, б), и вытяжку с утонением (протяжку) с зазором z < S0 (рис. 160, в).
Рис. 160. Зазоры при разных способах вытяжки
Увеличенные зазоры при обычной вытяжке способствуют уменьшению сил трения и сопротивления вытяжке, уменьшению растягивающих напряжений в опасном сечении, а следовательно, увеличению степени деформации. Это не относится к вытяжке с утонением стенок (комбинированная вытяжка, протяжка), так как в этом случае суммарная степень деформации увеличивается за счет утонения материала. В табл. 81 приведены формулы для определения зазора при вытяжке с увеличенным зазором (по данным НИИТаитопрома, с некоторой корректировкой), а в табл. 82 - значения прибавки a.
| Операции вытяжки | Значение зазора в зависимости от класса точности штампуемых деталей | |
| 4 и 5 | 7, 8 и 9 | |
| Первая вытяжка Промежуточные вытяжки Последняя вытяжка |
z = S + δ+ a z = S + δ + 2a z = S + δ |
z = S + δ + (1,5/2) a z = S + δ + (2,5/3) a z = S + δ + 2 a |
Обозначения:
z - односторонний зазор между пуансоном и матрицей, мм;
S - номинальная толщина материала, мм;
δ - положительное (верхнее) отклонение допуска на толщину материала, мм;
a - прибавка, находимая по табл. 82.
Примечание. Наименьшее значение коэффициента, стоящего в скобках, дано для относительно толстых, а наибольшее - для относительно тонких заготовок [(S/D) X 100 = 1/0.2 ].
| Толщина материала S, мм | Прибавка а, мм | Толщина материала S, мм | Прибавка at, мм |
| 0,2 | 0,05 | 1,8 | 0,21 |
| 0,5 | 0,10 | 2,0 | 0,22 |
| 0,8 | 0,12 | 2,5 | 0,25 |
| 1,0 | 0,15 | 3,0 | 0,30 |
| 1,2 | 0,17 | 4,0 | 0,35 |
| 1,5 | 0,19 | 5,0 | 0,40 |
При вытяжке деталей с небольшой конусностью стенок зазоры берутся в зависимости от требуемой или допустимой степени конусности.
В табл. 83 приведены обобщенные данные по величине зазоров при вытяжке с прижимом деталей, подвергаемых калибровке.
При вытяжке без прижима (без утонения стенок), учитывая возможность образования гофров, величину зазора необходимо брать наибольшей из приведенных в табл. 81 пределов.
| Материал | Величина зазора | ||
| для первой вытяжки | для промежуточных вытяжек | для калибровки | |
| Сталь мягкая Латунь, алюминий | (1,3/1,5)S (1,3/1,4)S | (1,2/1,3)S (1,15/1,2)S | 1,1S 1,1S |
Примечание. При вытяжке с калибровкой весьма высоких деталей небольшого диаметра (d < 30 мм и h/d от 2:1 до 6:1) рекомендуется для уменьшения количества операций применять вытяжку с утонением стенок и зазором, меньшим толщины материала.
При вытяжке с утонением материала односторонний зазор между пуансоном и матрицей меньше толщины заготовки и соответствует принятой степени деформации E = (S1 - S2)/S1, среднее значение которой приведены в табл.71.
При вытяжке прямоугольных деталей зазор между пуансоном и матрицей в углах должен быть на 0,1S больше зазора на прямых участках вследствие сильного утолщения материала в углах. Правила направления зазора при вытяжке:
1) для всех операций, кроме последней, направление зазора безразлично.
2) для последней операции:
а) при вытяжке деталей с заданным наружным размером зазор делают за счет пуансона, принимая dм = Dизд.нар; dП = dм - 2 z;
б) при вытяжке деталей с заданным внутренним размером зазор делают за счет матрицы, принимая dП = dизд.вн; dM = dП + 2 z.
Здесь dМ и dП - диаметры матрицы и пуансона, мм; z - односторонний зазор, мм.