Качество, надежность и производительность - с доставкой
[email protected]
Artizono

Усилие штамповки при изготовлении металлических изделий: Исчерпывающее руководство

Последнее обновление:
8 мая 2024 г.
Поделитесь своим мнением:

Оглавление

I. Расчет усилия пробивания

Величина усилия пробивки P зависит от общей длины внутреннего и внешнего периметров пробивки, толщины материала, предела прочности на растяжение и связана с коэффициентом предела текучести материала, который можно рассчитать по следующей формуле

P = fLtRm

  • Коэффициент f зависит от коэффициента предела текучести материала, может быть получен из рис. 2-2-35, обычно f составляет 0,6~0,7;
  • L - общая длина внутреннего и внешнего периметров перфорации (мм);
  • t - толщина материала (мм);
  • Rm-Прочность материала на разрыв (МПа).

Приведенный выше метод расчета был предложен Тиммербейлем. f=1-t'/t, где t' - глубина, на которую пуансон вдавливается в материал при максимальном усилии пробивания (т.е. усилие пробивания P в приведенной выше формуле), и она связана с коэффициентом текучести материала.

Усилие пробивания, рассчитанное по приведенной выше формуле, вполне соответствует реальности и было включено в немецкие стандарты. Кроме того, механические свойства, обеспечиваемые сырьем, включают в себя предел прочности материала на разрыв R m и более низкий предел текучести R эл и их соотношение используется для получения f из рисунка 2-2-35, таким образом рассчитывается сила удара, что удобно для использования.

Рисунок 2-2-35 Взаимосвязь между f и коэффициентом текучести материала
Рисунок 2-2-35 Взаимосвязь между f и коэффициентом текучести материала

II. Разгружающая сила, выталкивающая сила и выталкиваемая сила

После завершения операции штамповки пробитая заготовка (или лом) подвергается радиальной упругой деформации и расширяется, а отверстие на ломе (или заготовке) подвергается радиальному упругому сжатию. В то же время и заготовка, и лом пытаются восстановить свою упругую кривизну. В результате этих двух упругих восстановлений заготовка (или лом) застревает в полости штампа, а лом (или заготовка) плотно прижимается к пуансону.

Усилие, используемое для выгрузки заготовки (или лома) из пуансона, называется усилием выгрузки. Усилие, используемое для выталкивания заготовки (или лома) из полости штампа в направлении штамповки, называется толкающим усилием. Сила, выталкивающая заготовку (или лом) из входа в полость штампа в направлении, противоположном направлению штамповки, называется выталкивающей силой (см. рис. 2-2-36). Очевидно, что эти силы необходимо учитывать при выборе тоннажа пресса и проектировании пресс-формы.

Рисунок 2-2-36 Направление действия разгружающей силы, выталкивающей силы и выталкиваемой силы
Рисунок 2-2-36 Направление действия разгружающей силы, выталкивающей силы и выталкиваемой силы

На эти силы влияют многие факторы, в основном: механические свойства и толщина материала, форма и размер заготовки, зазор между пресс-формами, величина перекрытия раскладки, условия смазки и т. д. Из-за сложного влияния этих факторов точный расчет затруднен. В производстве для расчета обычно используются следующие эмпирические формулы

P=KxP

Pt =nKtP

Pd=KdP

  • Px, Pt, Pd- Сила разгрузки, сила выталкивания и выталкивающая сила (Н);
  • Kx, Kt, Kd- Коэффициенты силы разгрузки, силы выталкивания и выталкивающей силы приведены в таблице 2-2-9;
  • P - усилие пробивания (Н);
  • n - количество заготовок, одновременно застрявших в полости штампа, n = h/t;
  • h - высота отверстия прямой стенки полости штампа (мм);
  • t - толщина материала (мм).

Таблица 2-2-9 Значения коэффициентов K , K t , K d

Материал и толщина / ммKxKtKd
Сталь≤0.10.065~0.0750.10.14
>0.1~0.50.045~0.0550.0650.08
>0.5~2.50.04~0.050.0550.06
>2.5~6.50.03~0.040.0450.05
>6.50.02~0.030.0250.03
Алюминий, алюминиевый сплав0.025~0.080.03~0.07
Чистая медь, латунь0.02~0.060.03~0.09

Примечание: K следует принимать верхнее предельное значение при пробивке нескольких отверстий, больших фланцев и сложных контуров.

При выборе тоннажа пресса учитываются ли эти силы в общем усилии штамповки, зависит от различных типов конструкции пресс-формы (см. рис. 2-2-37).

1) Общее усилие пробивки при использовании жесткой зачистной пластины (см. рис. 2-2-37a) составляет

Pz=P+Pt

2) Общее усилие выбивания при использовании жесткого выталкивателя, эластичного съемника и перевернутой пресс-формы (см. рис. 2-2-37b) составляет

z = P + P x

3) Общее усилие пробивания при использовании упругой разгрузочной плиты (см. рис. 2-2-37c) составляет

z = P + P t + P x

4) Общее усилие пробивания при использовании упругих верхних частей и упругой разгрузки (см. рис. 2-2-37d) составляет

z = P + P d + P x

Рисунок 2-2-37 Различные формы структуры пресс-формы
Рисунок 2-2-37 Различные формы структуры пресс-формы

III. Зажимное усилие

Зажимное усилие P y это обязательное усилие прижима листового металла, эффективный метод улучшения качества сечения заготовки и уменьшения выпуклости. Усилие зажима на поверхности штампа обеспечивается упругой подвижной зажимной плитой. Усилие зажима на торцевой поверхности пуансона обеспечивается подвижной прижимной плитой. Величина зажимного усилия может быть приблизительно рассчитана по следующей формуле:

y = (0,10 - 0,20)P

  • Py- Сила зажима (Н);
  • P - усилие пробивания (Н).

Значение коэффициента зависит от свойств материала: более высокие значения для твердых материалов или материалов с высоким коэффициентом упрочнения и более низкие значения для мягких материалов.

Сравнение P x , P d , и P y , P y является наибольшим. Поэтому при проектировании пресс-форм, если требуется зажим, просто спроектируйте упругое зажимное устройство в соответствии с P y , которые могут не только обеспечить зажим, но и обеспечить надежное, достаточное усилие разгрузки и усилие верхней части. Если зажим не требуется, то спроектируйте соответствующее разгрузочное устройство и устройство для верхней части в соответствии с P x и P d соответственно.

IV. Боковая сила

Боковая сила P c С одной стороны, это приводит к износу выпуклых и вогнутых сторон пресс-формы, а с другой стороны, когда линия штамповки не закрыта (например, при односторонней штамповке или штамповке боковыми ножами), это делает выпуклую пресс-форму восприимчивой к нежелательной деформации изгиба под действием боковой силы и даже к поломке. В таких случаях необходимо спроектировать заднюю опору для обеспечения силы боковой реакции, аналогичной по величине и противоположной по направлению силе P c поддерживая баланс боковых сил на выпуклой форме. Как правило, боковая сила P c можно приблизительно рассчитать по следующей формуле

c = (0,30 - 0,38)P

  • Pc- Боковая сила (Н);
  • P - усилие пробивания (Н).

V. Методы уменьшения усилия пробивания

При пробивке высокопрочных материалов или толстых крупногабаритных заготовок, если требуемое усилие пробивки превышает тоннаж имеющихся в цехе прессов, необходимо принять меры по снижению усилия пробивки. Как правило, используются следующие методы:

1. Перфорация с подогревом

При нагреве прочность материала на сдвиг значительно снижается, что позволяет эффективно уменьшить усилие пробивки. Недостатком этого метода является то, что после нагрева на материале образуется оксидная пленка, а условия работы из-за нагрева ухудшаются. Поэтому, как правило, он подходит только для толстых листов или заготовок, к которым не предъявляются высокие требования по качеству поверхности и точности размеров.

В таблице 2-2-10 приведены значения прочности стали на сдвиг при нагреве. При расчете усилия пробивки с нагревом, τ b следует принимать исходя из фактической температуры штамповки. Из-за отвода тепла температура штамповки обычно на 150-200°C ниже температуры нагрева. Кроме того, следует учитывать влияние теплового расширения и сжатия на размеры заготовки, а также размягчение материала во время горячей штамповки, поэтому зазор в пресс-форме должен быть соответственно меньше, чем при холодной штамповке.

Таблица 2-2-10 Прочность стали на сдвиг при нагревании

Класс материалаτ при следующей температуре b / МПа
200°C500°C600°C700°C800°C900℃
Q195, Q215, 10, 153603202001106030
Q235, Q255, 20, 254504502401309060
Q275, 30, 355305203301609070
Q295, 40, 45, 506005803801909070

2. Ступенчатое расположение пуансонов

При многопуансонной заготовке пуансоны располагаются ступенчато на разной высоте, что позволяет пуансонам контактировать с материалом в разное время, избегая одновременного возникновения максимального усилия заготовки на каждом пуансоне, тем самым снижая усилие заготовки.

Расчет усилия заготовки для ступенчатых пуансонов должен определяться суммой максимальных усилий заготовки для пуансонов, расположенных на одной высоте.

При использовании ступенчатых перфораторов следует учитывать следующие принципы:

1) Разница в высоте пуансона h связана с прочностью материала на разрыв (см. таблицу 2-2-11).

Таблица 2-2-11 Зависимость между разницей высоты пуансона h и прочностью материала на разрыв

Прочность материала на растяжение R m /МПач/мм
<2000.8t
200~5000.6t
>5000.4t

Примечание: t - толщина материала.

2) При распределении каждого ступенчатого пуансона следует обратить внимание на симметрию и близость к центру давления.

3) Первым к работе должен приступать пуансон с направляющим штифтом на конце (см. рис. 2-2-38), или сделайте больший пуансон длиннее, а меньший - короче, что предотвратит поломку или перекос меньшего пуансона под действием давления потока материала. Кроме того, если сделать меньший пуансон короче, это повысит его жесткость, предотвратит продольную неустойчивость и увеличит срок службы.

Рисунок 2-2-38 Ступенчатое расположение пуансонов
Рисунок 2-2-38 Ступенчатое расположение пуансонов

3. Штамповка со скошенными краями

При штамповке штампом с плоской кромкой срез происходит одновременно по всему периметру заготовки, поэтому при штамповке больших и толстых заготовок усилие штамповки часто бывает очень большим.

При использовании штампа со скошенной кромкой для пробивки, подобно косым ножницам, вся кромка не соприкасается с периметром заготовки одновременно, а постепенно пробивает материал, что значительно снижает усилие пробивки и уменьшает вибрацию и шум при пробивке.

При использовании конической кромки для пробивки отверстий, чтобы получить плоскую заготовку, пуансон должен иметь плоскую кромку, а скос должен быть на штампе, чтобы пробитая заготовка была плоской, а обрезки - согнутыми (см. рис. 2-2-39a, b, c). При пробивке отверстий матрица должна иметь плоскую кромку, а скос - на пуансоне, чтобы пробитые отверстия были плоскими, а обрезки - согнутыми (см. рис. 2-2-39d, e, f). При проектировании скоса он должен быть расположен симметрично, чтобы избежать одностороннего бокового давления на штамп (или пуансон) во время пробивки, что приведет к смещению и повреждению кромки.

Рисунок 2-2-39 Различные формы скоса
Рисунок 2-2-39 Различные формы скоса

Степень уменьшения усилия при конической перфорации зависит от угла скоса φ (см. табл. 2-2-12).

Таблица 2-2-12 Параметры фаски

Материал Толщина/ммВысота конического лезвия H/ммУгол скоса φ/(°)K
<32t<50.3~0.4
3 ~10t<80.6~0.65

Усилие пробивания каждого конического ножа рассчитывается по следующей формуле

Ps=KP

  • Ps- Усилие выбивания конического ножа (Н);
  • K - коэффициент редукции (см. таблицу 2-2-12);
  • P - усилие пробивки плоского ножа (Н).

Для больших вырубных штампов при изготовлении скоса штампа скос должен быть выполнен в симметрично расположенной волнистой форме (см. рис. 2-2-40).

Рисунок 2-2-40 Вырубной штамп с коническим лезвием для прямоугольных деталей

Хотя конический штамп уменьшает усилие пробивки, он увеличивает сложность изготовления пресс-формы и шлифовки, а кромка ножа также подвержена износу, поэтому он обычно используется только для больших заготовок и пробивки толстых листов.

VI. Сила удара

1. Мощность пробивания плоским лезвием

Усилие выбивания штампа с плоским лезвием можно рассчитать по следующей формуле

W =(xPt)/1000

  • W - мощность пробивания плоским ножом (J);
  • P - усилие пробивания (Н);
  • t - толщина материала (мм);
  • x - отношение среднего усилия пробивания к максимальному усилию пробивания, x=PP/P определяется типом и толщиной материала, его значение см. в таблице 2-2-13.

Таблица 2-2-13 Значения коэффициента x

МатериалыТолщина материала / мм
<11~22~4>4
Мягкая сталь (τ b =250~350МПа)0.70~0.650.65~0.600.60~0.500.45~0.35
Сталь средней твердости (τ b =350~500MPa)0.60~0.550.55~0.500.50~0.420.40~0.30
Твердая сталь (τ b =500~700MPa)0.45~0.400.40~0.350.35~0.300.30~0.15
Алюминий, медь (отожженная)0.75~0.700.70~0.650.65~0.550.50~0.40

2. Мощность пробивания косым лезвием

Сила удара штампа с косым лезвием может быть рассчитана по следующей формуле

= x 1 P s (t+ H)/1000

Где

  • Ws- Сила удара косым лезвием (J):
  • Ps- Сила удара косым ножом (Н);
  • H - высота косого лезвия (мм);
  • t - толщина материала (мм);
  • x1- Коэффициент, для мягкой стали может быть приближенно определен следующим образом: когда H=t, x1≈0,5~0,6; когда H=2t, x1≈0.7~0.8.
Запрос БЕСПЛАТНОГО предложения
Контактная форма

Последние сообщения
Будьте в курсе новых и интересных материалов на различные темы, включая полезные советы.
Поговорите с экспертом
Свяжитесь с нами
Наши инженеры по продажам готовы ответить на любые ваши вопросы и предоставить быстрое предложение с учетом ваших потребностей.

Запросить индивидуальное предложение

Контактная форма

Запрос индивидуального предложения
Получите индивидуальное предложение с учетом ваших уникальных потребностей в обработке.
© 2024 Artizono. Все права защищены.
Получить бесплатную цитату
Вы получите наш квалифицированный ответ в течение 24 часов.
Контактная форма