Учебные пособия

Слесарно-инструментальные работы

Раздел:  Строительство. Ремонт

Вытяжкой можно изготовить детали из металла и материалов толшиной от 0,2 до 30 мм. Вытяжка производится на эксцентриковых, кривошипных прессах, кри-вошипношарнирных прессах простого действия, кривошипных прессах двойного действия, гидравлических прессах и штампах различных типов и конструкций.

Трудоемкость процесса и способ вытяжки зависят от материала и конструктивного оформления изготовляемой детали 5 (соотношения размеров, характеризующих поперечное сечение и высоту детали, радиусов сопряжения дна, стенок и фланца, конфигурации фланца).

На    175, а изображен  способ  вытяжки полой детали с ребрами жесткости в штампе, установленном на гидравлическом 200-тонном прессе.  Пресс состоит из массивной чугунной станины 1 и стола 2, а по направляющим станины перемещается ползун 9 с плитой 10, скрепленных болтами 8. В процессе работы вы-.' ключают гидравлическую систему пресса во   избежание   самоопускания   ползуна, устанавливают  блок  штампа  на  стол  2 пресса. Затем слегка опускают ползун 9 с плитой 10 на блок штампа и закрепляют болтами 4 и 7 нижнюю 3 и верхнюю б плиты  штампа.   Убедившись,   что   блок штампа   надежно   закреплен,   включают пресс   и   несколько   раз   (вверх   и   вниз) поднимают и опускают верхнюю плиту 6, проверяя нет ли перекоса колонок 5 по отношению   к   втулкам  верхней   плиты. Укладывают на пуансон 11 заготовку и приступают к вытяжке детали 12. Отпрессованная  деталь  остается  такой  же  по форме, только в местах перехода к нижним   стенкам   имеется   утолщение,   а   со стороны верхней кромки детали — утолщение на 15—20% больше.

На 176, а показана простейшая конструкция вытяжного штампа, состоящего из нижней плиты /, на которой установлена и закреплена винтами 3 матрица 4 с куполообразной ступенчатой оформляющей полостью. В центре матрицы имеется толкатель 2. Верхняя часть пуансона 6 имеет цилиндрическую форму и хвостовик, а нижняя его часть имеет такой же профиль, как и профиль матрицы, разница состоит лишь только в том, что профиль выполнен с учетом толщины выдавливаемой заготовки.

 Если деталь имеет фланец, число вытяжных операций помимо параметров, указанных для цилиндрических деталей без фланца, 'зависит от отношения диаметра £>ф к диаметру цилиндрической части d и значения радиуса перехода RM от фланца к стенкам; последний должен быть (2—3)5 (чем толще стенки детали, тем меньше коэффициент).

При вытяжке следует избегать глубоких'деталей с широким фланцем, требующих большого числа операций, так как в этом случае наблюдается значительный брак по обрывам. Если деталь с фланцем изготовляется за одну вытяжную операцию, фланец следует делать плоским Оф > d + 12 S (176, в). За одну операцию могут быть получены фланцы типа усеченного конуса (176, г). Однако в этом случае возможно образование гофров. В. деталях с фланцем радиусы сопряжения стенок и фланца Ям стенки и дна Rn могут быть уменьшены до К„ > 0,25 S; RM > (0,1 —0,3) S, за счет дополнительных операций (калибровки). В случаях, когда необходимо получить детали без закруглений между фланцем и стенкой или между дном и стенкой, сопряженной с радиусом, величина которого весьма мала, в конструкцию этих деталей приходится добавлять кольцевые канавки К, что приводит к усложнению детали и к лишним затратам (176, д). Если в дне детали по условиям ее работы должны быть выступы (бобышки), их следует делать небольшими с наклонными стенками (176, е). Малая глубина бобышек обусловлена тем, что они получаются за счет растяжения материала в зоне бобышки. Детали с фланцами (176, .ж) сложны в изготовлении, особенно если разность между Dud мала. В этих случаях целесообразнее изготовить две детали, соединив их напрессов-кой (176, д) с последующей сваркой. В деталях, показанных на 176, и, при условии, что они изготовляются за две вытяжные операции, переходная зона между вытяжками должна представлять собой коническую поверхность с углом 30—45°, а разница между диаметрами D и d должна быть незначительной. При большой разнице диаметров изготовление детали усложняется, а процент бракованных деталей увеличивается.

В коробчатых деталях (176, к) радиусы сопряжения между дном и стенкой следует брать -R-8 > 1,5 & а между стенками Лс > 3 S. В местах резкого перехода контура (что имеет место при местных вытяжках), т. е. на участках наибольшего утонения стенок и образования складок рекомендуется предусматривать местные вырезы или технологические отверстия (176; Л), которые способствуют лучшему течению материала, а следователе но, уменьшению брака вытяжных штампов. В этом случае формообразование выступа происходит не только в результате утонения материала, но и вследствие растяжения отверстий.

Прямая вытяжка. При прямой вытяжке из плоской заготовки цилиндрической полой детали пуансоны вытягивают заготовку и наружный диаметр ее уменьшается. На 177, а показан простейший блок штампа с прижимом для вытяжки деталей. Блок состоит из нижней стальной плиты 1 с конусообразной выточкой в центре, в которую устанавливают сменные матрицы 2 и 17 с прижимным кольцом 15 и установочной рамкой 14 (для укладки в нее заготовки), закрепленные винтами 3. На нижней плите установлены две направляющие колонки 4, по которым перемещается по втулкам 5 верхняя плита 6. На плите смонтированы и закреплены штифтами 7 и винтами 11 две упорные планки 8 и прижим 12. В центре плиты и прижима имеются направляющие отверстия, которые точно сцентрированы с оформляющей полостью матрицы -2. Наружные -диаметры сменных пуансонов 9 и 16 имеют такие же диаметры, как и направляющие отверстия плиты и прижима. Оформляющие диаметры D пуансонов изготовляют в зависимости от металла и толщины вытягиваемой заготовки, а также диаметра и высоты выдавливаемой детали. Во внутренней части пуансонов имеются отверстия 10, в которые поступает смазочная жидкость.

Перед началом работы необходимо проверить крепление блока штампа- на прессе. Затем уложить заготовку 13 ъ рамку 14 и приступить к~вытяжке детали. Вытяжка детали, имеющей форму колпачка- (177, б), производится в такой последовательности. Первоначально заготовку вытягивают в матрице 2 пуансоном 9 (177, а). Размеры матрицы и пуансона имеют увеличенный размер; затем устанавливают матрицу 17 и- пуансон 16, имеющие меньший размер. В матрицу 17 вставляют уже предварительно вытянутую деталь и прессуют ее окончательно, меняя пуансон и матрицу, до тех пор, пока не получат требуемые размеры диаметра и длины детали (• 177, б)'.

В процессе последовательной вытяжки во фланце заготовки возникают нормальные напряжения ау, действующие в ради-диальном направлении, в котором заготовка растягивается и принимает нормальное напряжение а3, действующее в направлении, в котором заготовка сжимается. Величина этих напряжений зависит от отношения диаметра заготовки D к диаметру вытягиваемой детали d. Чем больше это отношение, тем при прочих равных условиях выше напряжения.

Напряжения распределяются во фланце заготовки неравномерно (177, в). Растягивающее напряжение аг, если не учитывать трения, равно нулю у края заго--товки и увеличивается по мере приближения к кромке матрицы, где оно достигает максимума; сжимающее напряжение аъ возрастает по мере удаления от кромки матрицы и достигает максимума у края заготовки.

Дно вытягиваемой детали (177, г), характеризуется весьма небольшими, растягивающими напряжениями, которые равномерно распределены по окружности. Величина этих напряжений определяется значением радиальных растягивающих (идеальных) напряжений <л и дополнительными нежелательными сопротивлениями, связанными с трением от действия силы прижима, трением и изгибом при перемещении заготовки через вытяжное ребро матрицы. Растягивающие напряжения приводят к утонению стенок вытягиваемой детали у дна. Напряженно-деформированное состояние при вытяжке коробчатых деталей более неравномерно, чем при вытяжке цилиндрических деталей; неравномерности в этом случае зависят главным образом от геометрических соотношений элементов вытягиваемой детали. По мере удаления от углов напряжения ах и а3 уменьшаются. В середине прямых сторон фланца вытягиваемой коробчатой детали они наименьшие. Продольные растягивающие напряжения, действующие в вертикальных стенках, также распределяются неравномерно по периметру детали. Величина этих напряжений также, как и в случае вытяжки цилиндрических деталей, связана с растягивающими напряжениями в соответствующих местах фланца и напряжениями, связанными с дополнительными нежелательными сопротивлениями на трение и изгиб. Материал дна коробчатой детали имеет схему напряженного состояния с незначительными растягивающими напряжениями.

Сжимающие силы при относительно тонком материале заготовки и большой степени деформации образовывают складки на поверхности той части заготовки, которая расположена на матрице. При малой степени деформации и тонком материале заготовки или при толстом материале и значительной степени деформации складкообразование практически не происходит. Для предупреждения складкообразования заготовку прижимают к поверхности матрицы. Прижим усложняет процесс вытяжки, вызывая необходимость использования прессов двойного действия или более сложных по конструкции штампов для прессов простого действия.

Общую картину течения металла при глубокой вытяжке можно понять при рассмотрении деформации делительной сетки, нанесенной на поверхность заготовки. На 177, д показана заготовка с прямоугольной сеткой и концентрическими окружностями, расположенными на равных расстояниях друг от друга, а на 177, е показан цилиндрический полый стакан, полученный из этой заготовки.

На центральном участке заготовки, ограниченном окружностью диаметра du прямоугольная сетка после вытяжки не претерпевает существенною изменения. Окружности с первоначальным диаметром, большим d\, уменьшились, но не изменили своей формы. Расстояния между двумя окружностями по образующей полого цилиндра стали больше первоначального радиального расстояния между ними. Прямоугольная сетка превратилась в пересекающиеся гиперболические линии на стенке полого цилиндра.

Изучение делительной сетки показывает, что деформация при вытяжке неравномерна; если рассматривать участки, расположенные на различном расстоянии от центра, заготовки, тс*" она асимметрична.

На схеме 177, ж показан прямой способ вытяжки детали 2 в простейшем штампе, состоящем из матрицы 1 цилиндрической формы и пуансона 2, а на схеме 177. е изображен момент распределения нормальных напряжений заготовки при вытяжке из нее цилиндрической детали 3 ( Ц текущий диаметр плоской заготовки) в матрице 1 с помощью прижима 4 (177, и). О характере изменений, происходящих при вытяжке, можно составить представление, сравнив толщину и структуру различных участков заготовки, поступающей на вытяжку.

Степень деформации (177, ё) материала, образующего стенку, возрастает по мере удаления от дна кромки Детали. Поэтому у кромки материал претерпевает наибольшие структурные изменения, и если измерить его твердость по образующей детали, то она наиболее высокая и неравномерная у кромки. Здесь материал почти совсем не испытывает пластической деформации, поэтому его структура и твердость не изменяются и остаются такими же, как и у исходной заготовки.

Наибольшее утонение имеет опасное сечение, находящееся выше места сопряжения стенок и дна и представляющее незначительно наклепанный участок заготовки. В ряде случаев утонение достигает 30%, обычно оно не превышает 10— 25%. Достижимая предельная степень деформации определяется предельной величиной растягивающих напряжений в стенке и ограничивается прочностью деформируемого металла в опасном сечении. Основными факторами, определяющими величину утонения, являются: 1) радиус закругления рабочей части вытяжной матрицы (чем меньше радиус закругления рабочей части вытяжной матрицы, тем больше утонение); 2) смазка (наличие и правильный подбор рецепта смазки уменьшают величину утонения); 3) степень деформации (чем больше степень деформации, тем больше утонение); 4) зазор между пуансоном и матрицей (с уменьшением зазора утонение увеличивается); 5) усилие прижима заготовки (при вы тяжке со складкодержателем чрезмерная величина прижима увеличивает утонение и может привести к отрыву дна детали).

Для вытяжки деталей из тонкого материала с широким фланцем, когда необходимо выдержать равномерный прижим во время всего хода пуансона и предотвратить слишком сильный зажим заготовки, применяют прижимы с ограничителем. Ограничителем прижима заготовки служат опоры, прокладки или кольца, смонтированные на матрице или прижиме. Зазор между матрицей принимают от (0,05—0,1) S до 1,1 S.

В прессах простого действия прижимные кольца работают от пружины, резины или сжатого воздуха (пневматические устройства), жидкости и воздуха (гидропневматические устройства). Лучшие результаты получаются при использовании сжатого воздуха.

В пневматических устройствах или подушках, давление воздуха, а следовательно, и сила прижима остаются неизменными. Силу прижима можно легко отрегулировать путем установления требуемого давления воздуха в компенсирующем резервуаре (ресивере). Если для прижима заготовок использовать устройства, работающие от пружинных или резиновых буфер, то сила прижима по мере перемещения ползуна пресса увеличивается, что часто приводит к разрывам вытягиваемых деталей.

Степень деформации при вытяжке и качество вытягиваемых деталей зависят от величины зазора между пуансоном и матрицей. Зазор между пуансоном и матрицей (односторонний) Z при обычной вытяжке деталей 7-го и грубее классов точности без утонения стенок, с прижимом заготовки рассчитывают по формуле

При вытяжке без прижима на первой операции зазор для стали (1,3—1,5) S, для последующих операций (1,2—1,3) S, для алюминия и латуни (1,2—1,3) S, а на последующих операциях (1,15—1,2) S. Зазоры при вытяжке без прижима можно брать и по табл. 19. При калибровке независимо от материала зазоры между пуансоном и матрицей следует брать равными 1,1 5.

Если вытягивают детали коробчатой формы, то зазор между пуансоном и матрицей на прямых участках составляет (1,0—l,05)Smax, а на углах Z = = (1,1 —1,3) 5тах(чем выше коробка, тем больше зазор.

В процессе вытяжки вследствие имеющегося отклонения по толщине заготовок действительная величина зазора колеблется, что приводит к браку по разрывам при малом зазоре и образованию складок при большом зазоре. Брака таких деталей можно избежать только ужесточением допусков по толщине для исходного материала.

При выборе зазора между пуансоном и матрицей (см. 177, ж, з) следует руководствоваться следующим правилом: если производится последняя вытяжка и необходимо получить точные наружные размеры на детали, то зазор назначают за счет уменьшения размеров пуансона, а если необходимо получить точные внутренние размеры, то зазор назначают за счет уменьшения размера матрицы; если вытяжка промежуточная, то зазор можно назначать за счет уменьшения размеров пуансона или матрицы (см.  177, и).