2.4 Операция резки: вырубка и пробивка

Процесс резания штампами при вырубке, пробивке и других операциях в некоторой степени аналогичен процессу резания ножницами. В данном случае пуансон и матрица являются как бы ножами замкнутой конфигурации, имеющими сопряжённые режущие кромки. Однако процессы резания существенно отличаются.

Операция резки относится к классу разделительных. Напряжённо- деформированное состояние у операций вырубки и пробивки аналогичен, поэтому чаще всего их рассматривают вместе, а штампы выполняются комбинированными или как их ещё называют штампы совмещённого действия.

В процессе вырубки и пробивки листового металла возникает сложное неоднородное силовое поле, сконцентрированное вблизи режущих кромок пуансона и матрицы. Пуансон обычно вдавливается в листовую заготовку не по всей торцевой поверхности, а лишь по кольцевому пояску. Такое же вдавливание происходит и со стороны матрицы. Схема действия сил на заготовку со стороны инструмента показана на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схема сил, действующих на заготовку в процессе вырубки

В виду сложности и неоднородности силового поля при вырубке- пробивке в технологических расчётах применяется условная технологическая величина- сопротивление срезу (кгс/мм² ).

, (7)

где Р_мах- максимальное усилие срезу, кгс,

L- длина полосы, мм²,

S- толщина полосы, мм.

Из данного выражения находят усилие вырубки- пробивки. Условная величина- сопротивление срезу находится по формуле

, (8)

где d- диаметр вырубаемого контура, мм,

σ_т- предел текучести, кг/мм².

Усилие, необходимое для снятия полосы с пуансона, находится по формуле

Р_сн=k_пр*Р, (9)

где Р- усилие вырубки- пробивки, кгс,

k_пр- коэффициент, определяемый в зависимости от типа штампа и толщины материала. Данный коэффициент в среднем составляет при вырубке на провал k_пр=0,05…0,10, при вырубке с обратным выталкиванием k_пр=0,07…0,14; при чём наибольшие значения относятся к более тонким материалам.

Следует учитывать, что приведённые формулы являются приближёнными к действительному значению и применяются в простейших случаях. Для более точного расчёта энерго - силовых параметров следует пользоваться дополнительными данными (В.П.Романовский Справочник по холодной штамповке, Машиностроение: 1979, 518с.)

4.3 Операция гибки

Гибка листового металла осуществляется в результате упругопластическогой деформации, протекающей различно с каждой из сторон изгибаемой заготовки.

Слои металла внутри угла изгиба (со стороны пуансона) сжимаются и укорачиваются в продольном и растягиваются в поперечном направлении. Наружные слои (со стороны матрицы) растягиваются и удлиняются в продольном и сжимаются в поперечном направлении. Между удлинёнными и укороченными слоями (волокнами) находится нейтральный слой, длина которого равна первоначальной длине заготовки. При гибке узких полос происходит сильное искажение поперечного сечения, заключающееся в уменьшении толщины в месте изгиба, уширении внутри угла с образованием поперечной кривизны и сужении с наружной стороны.

Рисунок 3 - Схема операции гибки

Следует помнить, что в процессе гибки имеет место упругая деформация, которая отражается на конечном результате процесса. Так, например, после гибки тонкой или широкой полосы угол гиба становится меньше примерно на 2⁰. Последовательность процесса гибки показана на рис.4

Рисунок 4 - Последовательность операции гибки

а) одноугловая гибка; б) двухугловая гибка

Расчёт заготовки деталей получаемых гибкой производится по тому же принципу, что и для других операций холодной штамповки. Формулы для определения размеров заготовки сложных деталей приведены в таблице 2.

Следующим шагом расчётов является определение радиуса кривизны нейтрального слоя. В большинстве случаев применяется гибка с малым радиусом закругления, сопровождаемая уменьшением толщины материала и смещением нейтрального слоя в сторону сжатых волокон, а для узких полос, кроме того, изменением прямоугольной формы поперечного сечения в трапециевидную. Радиус кривизны нейтрального слоя при чистом изгибе образца прямоугольного сечения находится по формуле по формуле

, (10)

где R- наружный радиус изогнутой детали, мм;

r- внутренний радиус гибки, мм;

ά=S₁/S- коэффициент утонения;

ρ- радиус кривизны нейтрального слоя, мм.

Примечание: в данном домашнем задании все операции листовой штамповки идут без утонения стенки, т.е. ά=1.

Для облегчения расчётов операции зададимся условием, что после снятия нагрузки деталь разгрузится и угол гиба будет меньше на 1-2⁰ расчётного без учёта упругого пружинения.

Основными параметром любого процесса ОМД, в том числе и гибки, является усилие (формулы определения усилий при гибке приведены в таблице 3). Так как гибка представляет собой деформацию гиба, то следует учитывать изгибающий момент. Величина внешнего изгибающего момента при гибке определяется из условия равновесия его с моментом внутренних сил, а последний слагается из моментов нормальных напряжений в растягиваемой и сжимаемой зонах. Значение момента гибки определяется по формулам

для одноугловой

, (11)

для полукруглой

, (12)

для двухугловой

, , (13)

где М- изгибающий момент, Н*м;

Р – усилие гибки, Н;

- плечо от действия момента, м;

.

Таблица 2 – Определение размеров заготовки для операции гибка

Таблица 3 – Формулы для определения усилий гибки

Гибка труб производится на гибочных приспособлениях между двумя роликами или на специальных трубогибочных машинах с неподвижной оправкой ложкообразной формы, или в штампах. В последнем типе гибка трубки в кольцо производится в три приёма. Вначале подгибается по радиусу один конец, потом второй, а затем производится полный изгиб кольца.

Гибка тонкостенных профилей осуществляется на специальных профилегибочных или растяжных станках. Существует два типа профилегибочных растяжных станков: с поворотным столом и неподвижным столом и подвижными зажимами.

В табл.16 значение коэффициента х в каждом случае своё, которое зависит от отношения радиуса гиба от толщины детали. Таким же образом определяется и коэффициент у. Длина нейтрального слоя определяется по формуле

(13)

Примечание: данная работа упрощена и для всех случаев радиус гибки определяется из задания. Коэффициент х будет лежать в пределах 0,27-0,5; значение длины нейтрального слоя находится по формуле (13).