X I и y I - координаты центра тяжести этого контура составленного по осям х и y.

Рис. 2. Схема к определению центра давления штампа.

Для незамкнутого контура заданного уравнением у = у(х) при а≤ X ≤ b и длине линии координаты центра тяжести определяются по формулам:

Однако из-за наличия корня эту функцию редко удаётся проинтегрировать в элементарных функциях. Поэтому для этого типа интегралов

подинтегральную функцию с большой точностью можно апроксимировать приближённым выражением

Для замкнутого конура ограниченного линиями заданные уравнениями f(x) и g(x) при а ≤ X ≤ b координаты центра тяжести определяются по зависимостям:

где: - площадь контура.

Высота штампа в нижнем рабочем положении называется закрытой высотой штампа, она должна быть увязана с закрытой высотой пресса.

Закрытой высотой пресса называется расстояние от плиты до ползуна пресса в его нижнем положении при максимальном ходе и укороченной длине шатуна. Закрытая высота пресса указывает на предельную высоту штампа, который может быть установлен на данном прессе. Штамп, имеющий закрытою высоту большую, чем закрытая высота пресса, не может быть установлен на пресс, а если он и будет установлен в верхнем положении ползуна, то при пуске пресса может произойти его поломка. Для прессов с регулируемым ходом закрытая высота принимается в случае работы при наибольшей величине хода пресса. При уменьшении величины хода закрытая высота увеличивается пропорционально отношению (h_max - h)/2.

На рис.3 приведена схема рабочего пространства кривошипного пресса и устанавливаемого на нём штампа, необходимые конструктору при проектировании штампов.

Рис. 3. Рабочее пространство кривошипного пресса.

Обозначения принятые на рисунке: h - величина хода ползуна; М - величина регулировки длины шатуна; Н - наибольшая закрытая высота пресса; L - расстояние от стола до направляющих; R - вылет от оси ползуна до станины; A₁ x B₁ - размеры стола; а х b - размеры отверстия в столе; А х В -размеры подкладной плиты; H₁ - толщина подкладной плиты; D - диаметр отверстия в подкладной плите; k x S - размеры нижней площади ползуна; F x F - размеры квадратного отверстия в ползуне; 1 - глубина квадратного отверстия в ползуне; N - расстояние от выталкивателя до нижней поверхности ползуна; С - ход выталкивателя; Н₂ - наименьшая закрытая высота пресса (Н - М); Н_шт- закрытая высота штампа.

Закрытая высота штампа (в нижнем рабочем положении) должна находиться между наибольшей и наименьшей закрытой высотой пресса Н₂ = Н-М В большинстве случаев принимают: (Н-5 мм) ≥ Н_шт ≥(Н₂ +10 мм).

Обычно штампы проектируют ближе к наибольшей закрытой высоте пресса, учитывая желательность работы при укороченном (свинченном) шатуне, а также уменьшение высоты штампа вследствие последующих перешлифовок.

В случае, если закрытая высота штампа Н_шт будет меньше Н₂, необходимо применение промежуточных прокладных плит.

Оборудование, оснастка, инструмент:

• пресс кривошипный листопггамповочный усилием 16 кН

• типовые учебные штампы;

• слесарный и измерительный инструмент.

Последовательность выполнения работ.

1.Разобрать типовой штамп и ознакомиться с его конструкцией. Определить тип штампа и его назначение.

2.Произвести расчёты энергосиловых параметров предложенного техпроцесса.

3. Рассчитать центр давления штампа и его закрытую высоту.

4. Вычертить эскиз штампа в рабочем положении (продольный разрез), составить перечень деталей штампа, определить требуемый для нормальной работы штампа ход ползуна пресса.

5. Штамп установить на пресс и произвести его наладку в следующей последовательности:

• установить требуемый ход ползуна пресса;

• вручную вращая маховик, опустить ползун пресса в нижнее положение;

• отвернуть гайки крепления вкладыша ползуна и вынуть вкладыш из ползуна;

- установить штамп на подштамповую плиту пресса, подложив под пуансон штампуемый материал. Если штамп не размещается в штамповом устройстве, то отрегулировать высоту штампового устройства, вращая винт шатуна;

• вращением регулировочного винта опустить ползун пресса до прикосновения с верхней плитой штампа;

• закрепить верхнюю часть штампа за хвостовик вкладышей;

• закрепить нижнюю часть штампа на подштамповой плите;

• вынуть заготовку из штампа;

• вращением винта опустить ползун на величину вхождения пуансона в матрицу;

- проверить правильность установки штампа, вручную повернув маховик на один оборот;

- сделать два - три холостых хода ползуна пресса;

- произвести пробную штамповку вручную, заготовки из картона;

• произвести пробную штамповку;

• закрепить шатун и отштамповать несколько деталей.

6. Сделать эскиз штампованной детали и полосы, определить коэффициент использования металла:

где: F_дет - площадь поверхности штампованной детали;

В - ширина полосы; Н - шаг штамповки.

Выводы.

Сделать выводы о возможности установки данного штампа на предлагаемый пресс.

Контрольные вопросы.

1 .По каким основным механическим параметрам производится выбор пресса?

2. Как определяется закрытая высота пресса и штампа?

З. Как определяется центр давления штампа?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЗАЗОРА МЕЖДУ ПУАНСОНОМ И МАТРИЦЕЙ В РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЯХ НА УСИЛИЕ И КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Цель работы: выявить влияние зазора при операции вырубка - пробивка на величину усилия вырубки - пробивки и качество поверхности разделения.

Разделительные операции, к которым относятся в основном вырубка, пробивка и разрезка, являются самыми распространенными операциями листовой штамповки и осуществляются за счет сдвига одной части заготовки относительно другой. Схема процесса и измерения вырубленной детали и отверстия в отходе показана на рис. 4.

Рис. 3. Схема пробивки-вырубки и погрешности деталей после штамповки:

1 - пуансон; 2 - заготовка; 3 - матрица; 4 - заготовка с пробитым отверстием; 5 - вырубленная деталь (Δ_вм - глубина вмятины, образующейся в начальный момент пробивки-вырубки; Δ_бл - высота блестящего пояска; φ - угол скола).

Качество поверхности разделения, размеры заусенца, а также размеры вырубленной детали и пробитого отверстия зависят от величины зазора между пуансоном и матрицей. Величина зазора также оказывает влияние на энергосиловые параметры процесса и стойкость инструмента. Величина оптимального зазора определяется совокупностью вышеперечисленных параметров в зависимости от технических требований в конкретном технологическом процессе

Для записи усилия процесса и величины перемещения инструмента используется тензометрический метод преобразования механических величин в электрические. Для записи усилия используют проволочные датчики с базой 10 - 20 мм, наклеиваемые на пуансонодержатель по схеме, как показано на рис. 5. Датчики наклеиваются так, чтобы их оси совпадали с направлениями главных напряжений.

Рис. 5. Схема наклейки датчиков:

1 - месдоза; 2 - датчик компенсационный; 3 - датчик рабочий.

Датчики соединены по схеме полумоста с усилителем и осциллографом (рис. 6).

Рис. 6. Схема соединения датчиков и алпаратуры:

1 - усилитель; 2 - осцилограф; 3 - датчик

При нагружении пуансона (в момент вырубки) проволочные датчики деформируются совместно с пуансонодержателем, что приводит к изменению сопротивления датчика и разбалансировке моста. В измерительной диагонали появляется ток, величина которого пропорциональна нагрузке, действующей на датчик. Ток разбаланса моста регистрируется (после усиления специальными усилителями) осциллографом.

Для устранения влияния колебаний температуры на точность измерений на месдозу пуансона наклеивается компенсационный датчик, который располагается в тех же температурных условиях, что и рабочий. Для выяснения масштаба записи усилия и расшифровки осциллограммы необходима предварительная тарировка датчика. Для этого пуансон с месдозой устанавливается на испытательную машину и производится ступенчатое натружение (от 0 до 120 кН через 30 кН). Отклонение шлейфа на экране осциллографа при различном нагружении записывается на фотоплёнку, после чего строится тарированный график, дающий зависимость отклонения шлейфа от нагрузки. Запись хода пуансона осуществляется с помощью потенциометра хода (ходографа) (см. рис. 7).

Рис. 7. Схема соединения ходографа с осциллографом:

1 - ходограф 2 - осциллограф; 3 – сопротивление.

Предварительно производится тарировка хода. Имея запись усилия, хода и их тарировочные графики, можно построить графики изменения усилия пресса по ходу ползуна.

Последовательность выполнения работы.

1. Ознакомиться с конструкцией штампа, подготовить тензометрическую аппаратуру к работе.

2. Произвести тарировку датчиков усилия с использованием испытательной машины УИМ-30.

3. Установить штамп на прессе кривошипный усилием 160 кН и произвести тарировку хода от 0 до 20 мм через каждые 5 мм хода.

4. Произвести запись усилия при вырубке материала различных толщин (или с различными зазорами на инструменте).

5. Расшифровать осциллограммы. Построить графики усилия по ходу P=f(h) при вырубке с зазором z, равным оптимальному Z_opt, и с зазором z, не равным Z_opt.

6. Определить наибольшее усилие Р_mах процесса вырубки по графику P=f(h),

7. Определить аналитически усилие процесса вырубки величину зазора.

Оборудование, оснастка, материалы:

• универсальная испытательная машина УИМ-30.

• пресс кривошипный 160 кН.

• штамп экспериментальный с набором сменного инструмента;

• тензометрическая аппаратура (усилитель, осциллограф, блок питания);

• штангенциркуль;

• заготовки различной толщины.

Результаты эксперимента занести в таблицы:

Табл. 1.

Исходные данные

Табл. 2.

Влияние зазора на качество поверхности разделения

и форму вырубленных заготовок

Табл. 3.

Определение τ_ср

Выводы

1. Проанализировать полученные графики изменения усилия по ходу при вырубке с различными зазорами и объяснить их характер и различие.

2. Сделать выводы о влиянии зазора на усилие при вырубки данной детали.

3. Сравнить полученные экспериментальные значения Р_mах с расчетным.

4. Сделать выводы о влиянии зазора на качество вырубаемых заготовок.

Контрольные вопросы

1 От каких технологических параметров зависит величина зазора?

2.. Какой зазор при вырубке-пробивке называется оптимальным?

З. Как величина зазора влияет на усилие и качество вырубаемых заготовок?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ ПРИ ОСАДКЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК С НЕПАРАЛЛЕЛЬНЫМИ ТОРЦАМИ.

ВВЕДЕНИЕ

Цель работы - исследование влияния величины скоса торцов цилиндрической заготовки и их пространственного расположения на конечное формоизменение при осадке.

При определённой величине партии заготовок, отрезка в штампе или на ножницах является наиболее экономичным способом получения мерных заготовок под последующую штамповку. Однако из-за особенностей протекания технологического процесса отрезки эти заготовки имеют отклонения от правильной геометрической формы. При последующей штамповке на операции осадки заготовки, имеющие не параллельные торцы приобретают эллипсоидную форму. Это вызывает затруднение при выполнении последующих операций транспортировки в работе подающих устройств и фиксации таких заготовок в ручье штампа. Эллипсность таки заготовок может также вызывать неравномерное заполнение штампа, разностенность штамповок, что в определенных случаях приводит к браку Периодическим поворотом прутка на 90° вокруг его оси во время отрезки возможно изменить пространственное расположение скошенных торцов на заготовке, что может уменьшить эллипсность при последующей осадке.

Экспериментальная оснастка, инструмент и материалы.

1. Универсальная испытательная машина УИМ - 30.

2. Экспериментальный штамп для осадки (рис. 8).

3. Заготовки из свинца d = 20мм и начальным отношением h/d = 1,5, выполненные со скосом торца относительно оси X на 0°, 3⁰,6⁰,9°. Четыре заготовки имеют параллельные скосы торца, другие четыре - со взаимно перпендикулярными расположениями направления скоса.

4. Штангенциркуль, угломер.

Рис. 8. Схема штампа обратного выдавливания.

1 - пуансон; 2 - матрица; 3 - съемник ; 4 - матрицедержатель

Порядок выполнения работы

1. Измерение начальных размеров образцов h_o и d_o, а также угол γ.

1. Провести риски на торцах заготовок по взаимоперпендикулярным направлениям.

2. Осадить заготовку в штамп с шагом Δh = 4 мм.

3. Измерить величины d_max, d_min, h_i.

4. Занести результаты измерения в таблицу.

5. Построить графики зависимостей (β=f (ε) при γ =const, β=f (γ) при ε= const.

Табл. 4

Результаты измерений

Выводы.

Сделать выводы о влиянии величины γ на величину β при различны степенях деформации ε и взаимоположении скошенных торцов.

Контрольные вопросы.

1. Что вызывает появление элипсности у осаженных заготовок?

2. Какие дефекты возможны при штамповке элипсных заготовок?

3. Какие способы применяются для уменьшения геометрических искажений осаженных заготовок?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОГО РАДИУСА ЗАКРУГЛЕНИЯ НА ПРУЖИНЕНИЕ ПРИ ГИБКЕ

ВВЕДЕНИЕ

Целью работы является установления влияния относительного радиуса закругления пуансона на величину угла пружинения и изменения радиуса детали при гибке П - образных деталей.

При пластическом деформировании полная деформация содержит как пластическую, так и упругую составляющие деформации.

Снятие упругой составляющей деформации при разгрузке приводит изменению формы и размеров тела по сравнению с конечным моменте нагружения, в результате чего размеры изделия после обработки давлением совпадают с размерами рабочих частей инструмента.

Применительно к гибке такое изменение формы и размеров изделия называет пружинением. В результате пружинения изменяются и радиус, и угол изгиба детали. На рис.9 представлена схема пружинения, на которой сплошной линией показано положение детали в конце нагружения (штамповки), а пунктирной линией её положение после разгрузки.

Рис. 9. Схема одноугловой гибки в штампах.

Изменения величины радиуса изгиба в результате пружинения можно определить по формуле:

где: σ_т - предел текучести металла заготовки; Е - модуль упругости; m - относительный изгибающий момент, показывающий, во сколько раз момент необходимый для пластического деформирования заготовки на заданный радиус, больше предельного и упругого момента.

Величина m для стали в зависимости от относительного радиуса гибки приведена в табл. 5.

Табл. 5.

Значение относительного изгибающего момента

Для относительных радиусов R/S>5 оптимальный изгибающий момент определяется по формуле:

Величина угла пружинения α₂ определяется из условия постоянства длины нейтрального слоя:

где: R₁ и R₂ - радиусы нейтральных слоев заготовки до и после разгрузки.

Считая, что нейтральный слой совпадает со средней линией заготовки (R₁= R_n+0,5S, R₂ =R_n+0,5S), относительное изменение радиуса заготовки и величину угла пружинения можно выразить через внутренний радиус детали R и радиус закругления пуансона R_n:

где: α - величина угла гибки.

Оборудование, оснастка, инструмент:

• штамп для гибки деталей со сменными пуансонами (рис. 10).

• микрометр, угломер, радиусомер, штангенциркуль. В работе используется заготовки из листовой стали 10.

Рис.10. Схема устройства для одноугловой гибки.

Последовательность выполнения работы.

1. Измерить толщину заготовок и радиус закругления пуансона. Результаты занести в табл.6.

2. Произвести гибку заготовок, устанавливая в устройство пуансоны для гибки заготовок различной толщины.

3. Измерить величины радиусов и углов пружинения у изогнутых заготовок. Результаты измерения занести в табл.6. В эту же таблицу занести расчётные значения углов пружинения.

4. Для деталей с относительным радиусом R/S>5 определить относительное изменение радиуса (R-R_и)/R_и , в табл. 7 занести измеренные и расчетные значения (R-R_и)/R_и..

5. По данным табл. 7 построить теоретическую и экспериментальную кривые изменения угла пружинения в зависимости от относительного радиуса пуансона R_и/S.

6. Сделать эскиз устройства для гибки и эскиз детали.

Табл. 6.

Таблица 7

Исходные данные

Табл. 7.

Изменение радиуса закругления

Выводы.

Сформулировать выводы о влиянии относительного радиуса закругления на изменение радиуса детали и величину угла пружинения.

Установить, при каких относительных радиусах R_и/S можно пренебречь изменением радиуса детали в результате пружинения (допустимым считать изменения, не превышающие 5%). Оценить совпадение теоретических и экспериментальных углов пружинения.

Контрольные вопросы.

1.Объясните физическую природу возникновения пружинения?

2.0т каких технологических параметров зависит величина пружинения?

3.Каким образом можно компенсировать пружинение?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ВЫТЯЖКИ

ВВЕДЕНИЕ

Целью работы является приобретение студентами практических навыков определения пригодности листового металла для вытяжки.

Вытяжка является операцией, предъявляющая повышенные требования к материалу заготовок. Материал, предназначенный для глубокой вытяжки, должен обладать мелкозернистой структурой, высокой пластичностью и способностью к упрочнению, а также однородностью свойств. Пригодность металла для вытяжки может быть установлена по показателям пластичности, определяемым по результатам испытаний образцов на линейное растяжение: отношению предела текучести к пределу прочности σ_т/σ_в, показателю упрочнения n, коэффициенту анизотропии R_α.

Высокую способность к вытяжке показывают металлы, имеющие

Проведение испытаний на растяжение и определение указанных величин показателей пластичности требуют специального оборудования, высококвалифицированного персонала, а также значительных затрат времени. Поэтому такие испытания в лабораторных условиях. На производстве же проводят более простые и менее трудоёмкие механические испытания. Одним из таких испытаний является испытание на вытяжку цилиндрического колпачка (рис.11). Целью такого испытания является выявление минимального коэффициента вытяжки k_min для данного металла.

В процессе операции пуансон диаметром d_n с радиусом г_п выдавливает в зазор z, в отверстие матрицы заготовку, вызывая растягивающие напряжения σ_ρ в радиальном направлении и тангенциальные сжимающие напряжения σ_θ (рис. 12). Когда величина этих напряжений превышает предельные

Рис. 11. Схема вытяжки цилиндрической детали из плоской заготовки.

значения возникают технологические дефекты в виде разрывов или образования гофров во фланце. Величина максимальных радиальных напряжений с учётом влияния прижима усилием Q, изгибов на кромке матрицы и пуансона, а также трения на матрице определяется по формуле:

где: ψ_ш - величина равномерного сужения; К_в - коэффициент вытяжки; μ- коэффициент трения.

Если напряжение σ_{ρ max} будет больше σ_b то в момент соответствующий достижению наибольшего усилия на диаграмме растяжения, возникает потеря устойчивости пластической деформации листового металла третьего типа. В результате потери устойчивости пластическая деформация фланца прекращается и идёт локальное пластическое деформирование только в местном сужении стенки, что неизбежно приводит к разрушению заготовки опасном сечении. Следовательно, при вытяжке должно соблюдаться условие σ_{ρ max} ≤ σ_b .

Рис. 12. Напряжения, возникающие в различ­ных частях заготовки при вытяжке.

С учётом этого нетрудно получить значение величины максимальной степени вытяжки:

При экспериментальном определении предельного коэффициента вытяжки производится вытяжка колпачков из заготовок, диаметр которых постепенно увеличивается. При определённом диаметре заготовки происходит её разрушение. Минимальный коэффициент вытяжки определяется по формуле:

где: d_cp - средний диаметр вытягиваемого колпачка; D_max - наибольший диаметр заготовки, вытянутой без разрушения.

Для повышения точности определения m_min необходимо, чтобы разница между предыдущим и последующим диаметрами заготовки была незначительной. Однако это приводит к увеличению числа образцов и трудоёмкости испытаний в целом. Упростить испытание и уменьшить число опытов можно, если учесть взаимосвязь между усилием и коэффициентом вытяжки.

В общем виде эту взаимосвязь можно описать следующим уравнением

Р = А+ BK_b ,

где: А и В - коэффициенты зависящие от механических свойств металла, его толщины, геометрии инструмента, условий трения.

У читывая линейный характер зависимости усилия от степени вытяжки, её график можно построить по результатам вытяжки всего двух заготовок с различными степенями вытяжки

Предельные возможности вытяжки ограничиваются прочностью стенки вытягиваемой детали. Величину предельного ( разрушающего ) усилия можно определить, вытянув заготовку при жёстко защемлённом фланце.

Абсцисса точки пересечения указанных выше прямых определит предельную степень вытяжки К_mах или минимальный коэффициент вытяжки:

Кроме основного показателя испытания - глубина вытяжки - о качестве металла можно судить по характеру разрушения и состоянию поверхности вытянутого колпачка. Разрыв не по дуге окружности, а по прямой линии свидетельствует о анизотропии механических свойств и полосчатости микроструктуры металла. Гладкая поверхность штампованной детали свидетельствует о мелкозернистой структуре, а шероховатая поверхность ("апельсиновая корка") является признаком крупнозернистой структуры металла.

Оборудование, оснастка, инструмент:

• универсальная испытательная машина УИМ - 30;

• комплект пуансонов, матриц и прижимных колец для вытяжки колпачка;

• штангенциркуль, микрометр, радиусомер.

В работе используются заготовки из различных металлов толщиной 1 мм и диаметром D₁ = 40 мм и D₂ = 50 мм.

Последовательность выполнения работы

1. Произвести теоретический расчёт предельного коэффициента вытяжки.

2. Произвести вытяжку колпачков без прижима из заготовок диаметром. Провести запись индикаторных диаграмм.

3. Произвести вытяжку заготовки большого диаметра, прижав её к матрице так, чтобы заготовка при вытяжке разрушилась. Результаты испытания по п.п. 2 и 3 занести в табл.8.

4. По данным табл. 8 графически определить величину минимального коэффициента вытяжки.

Табл. 8

Результаты испытаний на вытяжку цилиндрического колпачка