Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Вытяжка листового металла — операция листовой штамповки, при которой плоская заготовка превращается в полую деталь: стакан, корпус, крышку или фланец. Правильный расчёт коэффициента вытяжки и числа переходов напрямую определяет качество изделия и отсутствие брака.
Вытяжка листовая штамповка — формообразующая операция холодного деформирования, при которой листовая заготовка вдавливается пуансоном в матрицу и принимает форму замкнутого полого изделия. В отличие от гибки, при вытяжке материал перераспределяется по всей площади: фланцевая зона заготовки втягивается внутрь матрицы, формируя стенку детали.
Операция охватывает широкий спектр изделий: от столовой посуды и консервных банок до корпусных деталей приборов, топливных баков и медицинских контейнеров. Толщина исходного листа для вытяжки составляет обычно 0,5–6 мм, хотя специальные процессы позволяют работать как с фольгой толщиной 0,1 мм, так и с листом до 20 мм.
Главное отличие вытяжки от других операций штамповки: материал не разрушается и не разрезается — он перетекает из плоской формы в пространственную за счёт пластической деформации сдвига и радиального течения металла во фланцевой зоне.
В ходе операции пуансон давит на центральную зону круглой заготовки диаметром D и протягивает её через зазор между пуансоном и матрицей. Наружный пояс заготовки (фланец) сжимается в окружном направлении и одновременно растягивается радиально. Конкуренция этих двух напряжений определяет характер возникающих дефектов.
Основной безразмерный параметр процесса — коэффициент вытяжки K (m):
K = d / D
где d — диаметр готовой детали (по средней линии стенки), D — диаметр плоской заготовки.
Чем меньше K, тем глубже вытяжка и тем значительнее деформация. Для первого перехода допустимый диапазон коэффициента составляет K = 0,50–0,63 в зависимости от марки материала и относительной толщины заготовки (t/D)×100. Указанные значения соответствуют отношению (t/D)×100 = 1; при увеличении этого отношения коэффициенты уменьшают. Для последующих переходов K возрастает до 0,70–0,85, поскольку металл уже упрочнён наклёпом.
Заготовку рассчитывают из условия равенства площадей: площадь развёртки детали равна площади исходного диска. Для цилиндрической детали без фланца и со скруглением дна, пренебрежимо малым по сравнению с высотой, применяют упрощённую формулу:
D = √(d² + 4·d·h)
где h — высота цилиндрической части детали.
Для деталей со скруглением дна или с фланцем используются расширенные формулы с поправочными членами, учитывающими геометрию переходных радиусов. Полные выражения приведены в «Справочнике по холодной штамповке» В.П. Романовского.
Если требуемый коэффициент вытяжки меньше предельного для одного перехода, деталь изготавливают за несколько операций — многопереходная вытяжка. Число переходов определяют последовательно, умножая диаметр заготовки на допустимый коэффициент вытяжки каждого перехода до достижения конечного диаметра.
Значения приведены для сталей 08, 10 и латуней Л59–Л80 на тороидальной матрице с прижимом без промежуточного отжига (по данным Семёнова Е.И. и Романовского В.П.). Для других материалов коэффициенты корректируют по соответствующим таблицам справочников.
Промежуточный рекристаллизационный отжиг назначают при числе переходов 3 и более или при снижении пластичности материала ниже допустимого уровня. Для малоуглеродистых сталей (08кп, 10) отжиг проводят при 680–700°C, для алюминиевых сплавов АМц и АМг2 — при 300–360°C с выдержкой 0,5–2 ч и медленным охлаждением.
Прижим удерживает фланец заготовки от потери устойчивости в окружном направлении и тем самым предотвращает образование складок. Решение о применении прижима принимают по относительной толщине заготовки (t/D)×100:
Удельное давление прижима q подбирают по справочным таблицам с учётом марки материала. Ниже приведены значения по данным справочника В.П. Романовского (пересчитаны из кгс/мм² в МПа):
Недостаточное давление прижима приводит к складкам на фланце. Избыточное — к утонению стенки и разрыву в зоне перехода дна в стенку, где металл испытывает максимальные растягивающие напряжения.
Знание природы каждого дефекта позволяет устранить его технологическими методами, не меняя конструкцию штампа.
Складки возникают при потере устойчивости фланца под действием окружных сжимающих напряжений. Условие появления складок: разность D−d > (18–20)·t. Причины: отсутствие или недостаточное давление прижима, слишком малое значение относительной толщины (t/D)×100, превышение допустимой глубины вытяжки за один переход. Устраняется увеличением давления прижима, добавлением промежуточного перехода или применением перетяжных рёбер.
Допустимое утонение стенки для конструкционных сталей составляет не более 20–25% от исходной толщины. Критическая зона — переход дна в стенку у радиуса скругления пуансона. Если радиус скругления пуансона r⊂п меньше 4t, концентрация напряжений резко возрастает. Рекомендуемое значение для промежуточных переходов r⊂п = r⊂м, для последнего перехода — r⊂п принимают равным внутреннему радиусу скругления готовой детали, но не менее (3–5)·t.
Разрыв происходит в наиболее нагруженной зоне — у основания стенки — когда растягивающее напряжение превышает предел прочности металла в утонённом сечении. Причины: чрезмерный прижим, малый радиус матрицы, недостаточная или загрязнённая смазка, превышение допустимого коэффициента вытяжки. Радиус матрицы r⊂м для стали при t < 3 мм рекомендуется принимать равным (6–10)·t, при t = 3–6 мм — (4–6)·t.
Смазка снижает силы трения в зоне фланца и матричного скругления. Для стали применяют эмульсионные смазки с противозадирными присадками или технологическое масло с коллоидным графитом. Для алюминия — минеральные масла и воски. Для нержавеющей стали обязательны серосодержащие или хлорсодержащие противозадирные смазки. Правильно подобранная смазка снижает усилие вытяжки на 15–30%.
Вытяжку выполняют на гидравлических или механических прессах. Гидравлические прессы предпочтительны для глубокой вытяжки: они обеспечивают постоянное усилие по всему ходу ползуна и плавное регулирование скорости — 5–25 мм/с для сталей и до 75 мм/с для алюминия. Кривошипные прессы двойного или тройного действия применяют в крупносерийном и массовом производстве мелких деталей при ограниченной глубине вытяжки.
Классический процесс: зазор между пуансоном и матрицей превышает толщину листа. Толщина стенки в готовой детали близка к исходной — незначительное утонение наблюдается лишь у донного радиуса. Используется для большинства корпусных деталей.
Зазор намеренно задают меньше толщины заготовки, принудительно обжимая стенку. Метод позволяет получить детали с точными размерами по толщине стенки (допуск ±0,01–0,03 мм) и высокой чистотой поверхности. Широко применяется при изготовлении алюминиевых банок для напитков — за один ход стенка утоняется примерно с 0,28–0,30 мм до 0,09–0,11 мм.
Полуфабрикат повторно вытягивается в направлении, противоположном первому переходу. Позволяет в ряде случаев обойтись без промежуточного отжига, поскольку изменение схемы деформации частично перераспределяет текстуру наклёпа. Усилие обратной вытяжки на 15–20% выше, чем при прямой вытяжке с тем же коэффициентом.
Вытяжка листовая штамповка — управляемый процесс, качество которого определяется тремя расчётными параметрами: обоснованным коэффициентом вытяжки, правильно выбранным давлением прижима и верно подобранными радиусами матрицы и пуансона. Многопереходная вытяжка с промежуточным рекристаллизационным отжигом позволяет получать детали любой требуемой глубины. Знание природы дефектов — складок, утонения и разрывов — даёт технологу инструмент для их устранения на уровне технологических параметров, без замены штамповой оснастки.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.