Формоизменяющие операции листовой штамповки. Формовка и отбортовка

металл отверстие штамповочный сверхпластичность

Отбортовка отверстий широко используется в штамповочном производстве, заменяя операции вытяжки с последующей вырубкой дна. Особенно эффективно применяется отбортовка отверстий при изготовлении деталей с большим фланцем, когда вытяжка затруднительна и требует нескольких переходов. В настоящее время путем отбортовки получают отверстия диаметром 3 ч 1000 мм и толщиной материала 0,3 ч 30 мм.

Под отбортовкой понимают операцию холодной листовой штамповки, в результате которой по внутреннему (внутренняя отбортовка) или наружному (наружная отбортовка) контуру заготовки образуется борт. В основном выполняют внутреннюю отбортовку круглых отверстий. Образование борта в этом случае осуществляется за счет вдавливания в отверстие матрицы части заготовки с предварительно или одновременно с отбортовкой пробитым отверстием. Схема отбортовки круглых отверстий показана на рисунке 2.1. Разновидностью отбортовки является отбортовка с утонением стенки.

Рисунок 2.1 - Схемы отбортовки круглых отверстий: а) сферическим пуансоном; б) цилиндрическим пуансоном

Отбортовку круглых отверстий выполняют сферическим (рисунок 2.1а ) или цилиндрическим пуансоном (рисунок 2.1б ). В последнем случае рабочий конец пуансона выполняют в виде фиксатора (ловителя), обеспечивающего центрирование заготовки по отверстию, с коническим переходом к рабочей части диаметра d п.

Деформация металла при отбортовке характеризуется следующими изменениями: удлинением в тангенциальном направлении и уменьшением толщины материала, о чем свидетельствует радиально-кольцевая сетка, нанесенная на заготовку (рисунок 2.2). Расстояния между концентрическими окружностями остаются без значительных изменений.

Рисунок 2.2 - Заготовка до и после отбортовки

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

К = d /D ,

где D определяется по средней линии (см. рисунок 2.2).

Если коэффициент отбортовки превышает предельную величину К пред, то на стенках борта образуются трещины.

Предельный для данного материала коэффициент отбортовки может быть аналитически рассчитан по формуле:

где h - коэффициент, определяемый условиями отбортовки;

d - относительное удлинение, определяемое из испытаний на растяжение.

Величина предельного коэффициента отбортовки зависит от следующих факторов:

1) характера обработки и состояния кромок отверстий (сверление или пробивка, наличие или отсутствие заусенцев);

2) относительной толщины заготовки s /D ;

3) рода материала и его механических свойств;

4) формы рабочей части пуансона.

Существует прямая зависимость предельно допустимого коэффициента отбортовки от относительной толщины заготовки, т. е. с уменьшением d /s величина предельно допустимого коэффициента отбортовки К пред уменьшается и увеличивается степень деформации. Кроме того, величина К пред зависит от способа получения отбортовываемого отверстия, что показано в таблице 2.1 для малоуглеродистой стали. В таблице 2.2 приведены предельные значения коэффициента отбортовки для цветных материалов.

Допустимая величина утонения стенки борта при отбортовке вследствие дефектов края отверстия (заусенцы, наклеп и т. п.) значительно ниже, чем величина поперечного сужения при испытании на растяжение. Наименьшая толщина у края борта составляет:

Таблица 2.1 - Расчетные значения К пред для малоуглеродистой стали

Расчет технологических параметров отбортовки круглых отверстий осуществляют следующим образом. Исходными параметрами являются внутренний диаметр D вн отбортованного отверстия и высота борта Н , заданные чертежом детали. По указанным параметрам рассчитывают требуемый диаметр d технологического отверстия.

Таблица 2.2 - Значения К пред для цветных металлов и сплавов

Для относительно высокого борта расчет диаметра d выполняют исходя из равенства объемов заготовки до и после отбортовки:

где D 1 = d п + 2(r м + s ).

В данной формуле геометрические параметры определяются согласно рисунку 2.1.

Для низкого борта расчет можно выполнять из условия обычной гибки в радиальном сечении:

d = D + 0,86r м - 2Н - 0,57s .

Затем проверяют возможность отбортовки за один переход. Для этого сравнивают коэффициент отбортовки (см. стр.14) с предельным значением К пред: К > К пред.

Усилие отбортовки круглых отверстий цилиндрическим пуансоном может быть приближенно определено по формуле

где s Т - предел текучести материала.

Характер изменения усилия при отбортовке показан на рисунке 2.3 в зависимости от формы очертания рабочей части пуансона.

Рисунок 2.3 - Диаграммы усилия и переходы отбортовки круглых отверстий при различной форме пуансона: а) криволинейной; б) сферической; в) цилиндрической

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.

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).

Геометрические параметры инструмента для отбортовки. Отбортовка отверстий Процесс отбортовки отверстий заключается в образовании в плоском или полом изделии с предварительно пробитым отверстием иногда и без него отверстия большего размера с цилиндрическими бортами или бортами другой формы. Особенно большую эффективность дает применение отбортовки отверстия при изготовлении деталей с большим фланцем когда вытяжка затруднительна и требует нескольких переходов...

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

PAGE 113

ЛЕКЦИЯ № 16

Формоизменяющие операции листовой штамповки. Формовка и отбортовка

План лекции

1. Формовка.

1.1. Определение допустимых степеней деформации при формовке.

1.2. Технологические расчеты при формовке.

2. Отбортовка.

2.1. Отбортовка отверстий.

2.2. Геометрические параметры инструмента для отбортовки.

1. Формовка

Рельефная формовка представляет собой изменение формы заготовки, заключающейся в образовании местных углублений и выпуклостей за счет растяжения материала.

Кроме местных углублений и выпукло – вогнутых рельефов формовкой получают рисунки и ребра жесткости. Рационально выполненные ребра жесткости позволяют существенно повысить жесткость плоских и неглубоких штампованных деталей, появляется возможность уменьшения толщины заготовки и ее массы. Применение формовки замен вытяжки при изготовлении неглубоких деталей с фланцем позволяет получить экономию металла вследствие уменьшения поперечных размеров заготовки. Повышение прочности, полученной в результате деформационного упрочнения, превосходит уменьшение прочности вследствие утонения заготовки в зоне деформации.

Форма пуансона существенно влияет на место расположение очага деформации. При деформировании полусферическим пуансоном зона пластической деформации состоит из двух участков: контактирующего с пуансоном и свободного участка, на котором отсутствуют внешние нагрузки.

Рисунок 1 – Формовка ребра жесткости и полусферических углублений

При формовке полусферических углублений возможно появление трещин на некотором удалении от полюса полусферы. Это объясняется тем, что в полюсе и его окрестности заготовка плотно прилегает к пуансону и контактные силы трения, возникающие при скольжении заготовки (при ее утонении) относительно пуансона, сдерживают деформацию в полюсе более интенсивно, чем на периферийных участках.

Формовкой цилиндрическим пуансоном с плоским торцом можно получить углубления высотой (0.2 – 0.3) диаметра пуансона. Для получения более глубоких полостей применяют формовку с предварительным набором металла в виде кольцевого выступа (рифта), а при штамповке деталей их алюминиевых сплавов – дифференцированный нагрев фланца.

Рисунок 2 – Формовка цилиндрическим пуансоном с плоским торцом и формовка с предварительным набором

Заготовка при формовке частично обтягивается по пуансону, а частично по матрице, поэтому глубина матрицы должна быть больше высоты ребра или углубления, а радиус углового участка пуансона существенно меньше радиуса скругления кромки матрицы иначе возможно появление пережимов стенок формуемой детали, приводящих к трещинам и неисправимому браку.

Формовку можно осуществлять эластичной и жидкостной средой (штамповка резиной, полиуританом, применяемым в мелкосерийном производстве: самолетостроении, вагоностроении, приборостроении, радиотехнике) жидкостная формовка – гофрированных тонкостенных осесеметричных оболочек (компрессоров в системах трубопроводов и в качестве чувствительных элементов приборов).

1.1. Определение допустимых степеней деформации при формовке

Периферийный кольцевой участок фланца ограниченный радиусами и деформируется упруго.

Наибольшая глубина ребра жесткости, которую можно получить в результате рельефной формовки деталей из алюминия, мягкой стали, латуни, может ориентировочно быть определена по эмпирической формуле:

где - ширина ребра, мм;

Толщина штампуемого материала, мм.

Рисунок 3 – Пластическая и упругая области при формовке

При глубина; , а для предотвращения разрушения материала.

При больших размерах заготовки граница между пластической и упругой областью составляет.

При других отношениях граница между упругой и пластической областями составляет, где находится по

Глубина местной вытяжки определяется уравнением:

Увеличение зазора при малых радиусах закругления позволяет получить более глубокую местную вытяжку.

Для рельефной формовки в виде углублений сферической формы:

А; .

Рисунок 4 – Схема формовка углублений сферической формы

Возможные размеры местных углублений можно определить исходя из относительного удлинения штампуемого материала по зависимости:

где - длина средней линии сечения рельефа после штамповки;

Длина соответствующего участка заготовки до штамповки.

При формовке цилиндрическим пуансоном с плоским торцом и малым радиусом скругления рабочей кромки, пластически деформируется кольцевой участок фланца, ограниченный радиусом и, а также плоский участок дна детали.

Рисунок 5 – Схема формовки ребер жесткости, углублений сферической формы

1.2. Технологические расчеты при формовке

Силу рельефной штамповки можно определить по формуле:

где - удельная сила рельефной формовки, принимаемое:

для алюминия 100 – 200 МПа,

для латуни 200 – 250 МПа,

для мягкой стали 300 – 400 МПа,

Площадь проекции штампуемого рельефа на плоскость, перпендикулярную направлению действия силы, мм 2 .

Сила для рельефной штамповки на кривошипных прессах небольших деталей (), из тонкого материала (до 1.5 мм) может быть определена по эмпирической формуле:

где - площадь штампуемого рельефа, мм 2

Коэффициент: для стали 200 – 300 МПа,

Для латуни 150 – 200 МПа.

Сила при формовке полусферическим пуансоном без учета контактного трения и неравномерности толщины заготовки в очаге деформации можно определить по формуле:

при

При формовке ребра жесткости (рифте) пуансоном с поперечным сечением в виде кругового сегмента.

где - длина ребра, при

Или,

где - коэффициент, зависит от ширины и глубины рифте

2. Отбортовка

2.1. Отбортовка отверстий

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

Отбортовкой получают отверстия с диаметром 3…1000мм и толщиной = 0,3…30мм. Данный процесс широко используется в штамповочном производстве, заменяя операции вытяжки с последующей вырубкой дна. Особенно большую эффективность дает применение отбортовки отверстия при изготовлении деталей с большим фланцем, когда вытяжка затруднительна и требует нескольких переходов.

При рассматриваемом процессе происходит удлинение в тангенциальном направлении, и уменьшение толщины материала.

Для относительно высокого борта расчет диаметра исходной заготовки выполняют из условия равенства объемов материала до и после деформирования. Исходными параметрами являются диаметр отбортованного отверстия и высота борта детали (рис. 6). По этим параметрам рассчитывается требуемый диаметр исходного отверстия:

где.

Если высота борта задана чертежом детали (рис. 6), то диаметр отверстия под отбортовку для низкого борта приближенно подсчитывают, как в случае простой гибки по формуле:

где;

Радиус закругления рабочего ребра матрицы,

или

где - высота борта, мм, - радиус отбортовки, - толщина исходного материала.

В случае заданного диаметра под отбортовку высоту борта можно определить по зависимости:

Рисунок 6 – Схема для расчета параметров отбортовки - высоты борта и - диаметра отверстия под отбортовку

На высоту отбортовки большое влияние оказывает радиус. При больших его значениях высота борта значительно увеличивается.

При получении небольших отверстий под резьбу или запрессовку осей, когда конструктивно необходимо иметь цилиндрические стенки, применяется отбортовка с малым радиусом закруглений и малым зазором (рис7, а).

При применении рассматриваемой операции для увеличения жесткости конструкции: при отбортовке крупных отверстий, окон авиационных, транспортных, судостроительных конструкций, отбортовке люков, горловин, раструбов и т.д., процесс лучше производить при большой величине зазора между пуансоном и матрицей и при большом радиусе закругления матрицы (рис.7, б). В этом случае получается малая цилиндрическая часть борта.

а) б)

Рисунок 7 – Варианты отбортовки: а- с малым радиусом закругления матрицы и малым зазором, б – с большим зазором

Число переходов, необходимых для получения отбортовки, определяют по коэффициенту отбортовки:

где - диаметр отверстия до отбортовки;

Диаметр отбортовки по средне линии.

Предельно допустимый коэффициент для заданного материала можно определить аналитически:

где - относительное удлинение материала;

Коэффициент, определяемый условиями отбортовки.

Наименьшая толщина у края борта составляет:

Величина коэффициента отбортовки зависит:

1. От характера отбортовки и состояния кромок отверстия (сверлением или пробивкой получено отверстие, наличие или отсутствие заусенцев).
2. От относительной толщины заготовки.
3. От рода материала, его механических свойств и формы рабочей части пуансона.

Наименьшее значение коэффициента следует принимать при отбортовке рассверленных отверстий, наибольшие – пробитых. Это вызвано наклепом после пробивки. Для снятия его вводят отжиг или зачистку отверстия в зачистных штампах, что позволяет повысить пластичность материала.

Пробивку отверстий под отбортовку следует производить со стороны, противоположной направлению отбортовку, или укладывать заготовку заусенцами вверх, чтобы грань с заусенцами оказалась менее растянутой, чем закругленная грань.

При отбортовке дна предварительно вытянутого стакана с отверстием (рис. 8)общую высоту детали, полученную после деформирования можно определить по формуле:

где - глубина предварительной вытяжки.

Рисунок 8- Схема для расчета отбортовки в дне предварительно вытянутого стакана: 1-матрица, 2-пуансон, 3-прижим

В связи со значительным растяжением материала на кромке технологического отверстия в результате увеличения до происходит существенное утонение края кромки:

где - толщина кромки после утонения.

За одну операцию одновременно с отбортовкой можно произвести утонение стенки до.

При проколке отверстия максимальный диаметр для каждого вида и толщины материала, как правило, устанавливается опытным путем. Кромка торца вертикальных стенок при этом всегда остаются рваной, поэтому проколка применима только для неответственных деталей.

Технологическая сила, требуемая для отбортовки круглых отверстий, определяется по формуле:

где - придел прочности штампуемого материала, МПа.

Сила прижима при отбортовке может быть принята равной 60 % от силы прижима при вытяжке при аналогичных условиях (толщина, вид материала, диаметр кольцевой площадки под прижимом).

2. Геометрические параметры инструмента для отбортовки

Размеры рабочих деталей штампов для отбортовки круглых отверстий можно определять в зависимости от диаметра отбортовки с учетом некоторого пружинения штампуемого материала и припуска на изнашивание пуансона:

где - номинальное значение диаметра отбортованного отверстия;

Заданный допуск на диаметр отбортованного отверстия.

Матрицу изготавливают по пуансону с зазором.

Зазор зависит от толщины исходного материала и вида заготовке и может быть определен по следующим соотношениям:

• в плоской заготовке -
• в дне предварительно вытянутого стакана -

или из таблицы 1.

Рабочая часть пуансонов для отбортовки может иметь различную геометрию (рис. 9):

а) трактрисы, обеспечивающей минимальное усилие отбортовки;

б) конусную;

в) сферическую;

г) с большим радиусом закругления;

д) с малым радиусом закругления.

А) б) в) г) д)

Рисунок 9 – Формы рабочей части пуансонов

Пуансоны со сферической геометрией рабочей части и с малым радиусом закругления требуют наибольшего усилия отбортовки.

Таблица 1-Односторонний зазор при отбортовке

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.