Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Расчёт усилия штамповки — это определение минимальной силы, которую пресс должен развить для выполнения операции: вырубки, гибки или вытяжки. Без корректного расчёта невозможно выбрать оборудование, обеспечить качество детали и сохранить ресурс инструмента.
Усилие штамповки — это суммарная сила, которую пресс прикладывает к заготовке через пуансон и матрицу в процессе деформирования. Величина выражается в килоньютонах (кН) или тоннах-силах (тс): 1 тс = 9,81 кН.
Расчёт необходим для трёх ключевых задач. Во-первых, для выбора пресса: номинальное усилие оборудования должно превышать расчётное с запасом. Во-вторых, для проектирования штампа: пуансон, матрица и плиты должны быть рассчитаны на конкретную нагрузку. В-третьих, для планирования технологического процесса: при недостаточном усилии операция не выполняется, при избыточном — разрушается инструмент или заготовка.
Расчёт ведётся отдельно для каждой операции: вырубка — разрушение металла сдвигом по контуру, гибка — изгиб, вытяжка — пространственное формоизменение. Физика процессов различается, поэтому формулы и коэффициенты для каждой операции свои.
Вырубка и пробивка основаны на разрушении металла сдвигом по контуру режущих кромок. Формула усилия вырубки (ГОСТ 18970-84, справочник «Ковка и штамповка» под ред. Семёнова Е.И., т. 4, 1987):
P = L · S · τ
где: L — периметр контура вырубки или пробивки (мм); S — толщина материала (мм); τ — сопротивление срезу (МПа).
Сопротивление срезу τ связано с пределом прочности: τ = (0,60…0,80) · σв. Для конструкционных углеродистых сталей коэффициент принимают 0,70–0,75, для высоколегированных — 0,60–0,70, для цветных сплавов — 0,55–0,65.
Значения приведены для отожжённого (М) и мягкого состояния прокатов — наиболее применяемых при листовой штамповке. Данные соответствуют требованиям действующих межгосударственных стандартов: ГОСТ 380-2005, ГОСТ 1050-2013, ГОСТ 5582-75, ГОСТ 4784-2019, ГОСТ 2208-2007.
Для нагартованных состояний значения существенно выше. АМцН даёт σв до 220 МПа, Л63 твёрдая — σв до 750 МПа. При расчёте штамповки нагартованных материалов значения τ необходимо пересчитывать по фактическому σв партии.
На практике вводят коэффициент запаса 1,1–1,3 для учёта затупления режущих кромок. Рекомендуемая расчётная формула: P = 1,20 · L · S · τ. При применении матриц со скосом (угол скоса 2–8°) максимальное усилие снижается на 25–40%, однако суммарная работа деформирования остаётся прежней, поэтому номинальное усилие пресса не снижают.
При одноугловой (V-образной) гибке с прижимом применяют формулу (справочник «Ковка и штамповка» под ред. Семёнова Е.И., т. 4, 1987; Сторожев М.В., Попов Е.А. «Теория ОМД», 1977):
P = k · b · S2 · σв / L
где: k — коэффициент, учитывающий условия гибки (0,30–0,50 для свободной V-гибки; 0,60–0,90 для гибки в закрытом штампе с прижимом); b — ширина заготовки (мм); S — толщина материала (мм); σв — предел прочности (МПа); L — расстояние между опорами матрицы, пролёт (мм).
Для двухугловой (П-образной) гибки расчётное усилие увеличивают примерно вдвое. Значение коэффициента k зависит от относительного радиуса гибки r/S: при r/S = 1–2 принимают k = 0,45–0,50, при r/S = 4–8 — k = 0,25–0,35.
Чтобы исключить смещение заготовки и снизить угол пружинения, применяют прижим или буфер. Усилие прижима составляет 20–50% от рабочего усилия гибки в зависимости от конструкции штампа и пластичности материала. Это усилие включается в суммарный расчёт отдельной составляющей.
Вытяжка цилиндрической детали без утонения стенки — наиболее сложная с точки зрения расчёта операция. Рабочее усилие (ASM Handbook Vol. 14B, 2006; справочник «Ковка и штамповка» под ред. Семёнова Е.И., т. 4, 1987):
P = π · d · S · σв · k
где: d — диаметр пуансона (мм); S — толщина заготовки (мм); σв — предел прочности материала (МПа); k — коэффициент, учитывающий степень деформации (0,50–0,90 в зависимости от коэффициента вытяжки m = d/D).
Коэффициент вытяжки m = d/D, где D — диаметр плоской заготовки. Чем меньше m, тем выше степень деформации. Для мягкой углеродистой стали (08кп, 08пс) первый переход допускает m = 0,50–0,55; для сплава АМцМ — m = 0,52–0,58; для нержавеющей стали 12Х18Н10Т — m = 0,52–0,58 ввиду интенсивного наклёпа при деформировании.
Прижим предотвращает гофрообразование на фланце заготовки. Усилие рассчитывается по формуле:
Qпр = F · q
где: F — площадь фланца под прижимом (мм2); q — удельное давление прижима (МПа).
Для выбора пресса используют суммарное (полное) усилие штамповки, включающее несколько составляющих:
Pсумм = P + Qпр + Qсъ + Qвыт
Полученное суммарное усилие умножают на коэффициент запаса 1,2–1,3. Он учитывает разброс механических свойств металлопроката, отклонения геометрии заготовки и степень износа инструмента.
Номинальное усилие пресса Pном должно превышать суммарное расчётное: Pном ≥ Pсумм · 1,25. При выборе кривошипного пресса важно учитывать, что номинальное усилие развивается только в нижней части хода — как правило, в последних 5–15% хода до нижней мёртвой точки. Для операций с большим рабочим ходом необходима проверка по диаграмме усилие — перемещение конкретной модели пресса.
Гидравлические прессы развивают постоянное усилие по всему рабочему ходу, что делает их предпочтительными для глубокой вытяжки и операций с большим ходом инструмента. Ряд номинальных усилий кривошипных прессов устанавливается ГОСТ 9553-2018.
Коэффициент запаса учитывает разброс механических свойств партии металлопроката, отклонения геометрии заготовки, износ режущих кромок и погрешности расчётной модели.
Завышать коэффициент свыше 1,5 нецелесообразно: это приводит к выбору необоснованно мощного оборудования без реального повышения надёжности. При проектировании ответственной оснастки коэффициент запаса обосновывают расчётом прочности деталей штампа.
Расчёт усилия штамповки — обязательный этап технологической подготовки листоштамповочного производства. Для вырубки применяют формулу P = L · S · τ, для гибки — P = k · b · S2 · σв / L, для вытяжки — P = π · d · S · σв · k. Суммарное усилие включает рабочую нагрузку, усилие прижима, съёмника и выталкивателя. Коэффициент запаса 1,2–1,3 обеспечивает надёжную работу оборудования. Корректный расчёт предотвращает перегрузку пресса, продлевает ресурс штампа и гарантирует стабильное качество деталей в серийном производстве.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.