Раскрой листового материала

Прежде чем начать расчёт энерго- силовых параметров операций штамповки следует получить заготовку из листового материала, если это не трубная заготовка, которую, будем считать, получили ранее методом прессования или прокатки. Для получения заготовки под процесс холодной листовой штамповки поставляется холоднокатаный лист толщиной такой же, которую имеет деталь.

Различают несколько методов раскроя полосы (листа) на заготовки. Самыми распространёнными видами раскроя являются: параллельный и раскрой в шахматном порядке. Схемы обоих видов раскроя показаны на рисунке 1.

а) параллельный раскрой

б) шахматный раскрой

Рисунок 4 – Однорядный раскрой полосы

При выполнении схемы раскроя следует учитывать некоторые особенности листового материала и конструкции вырубаемого штампа, а именно: 1) наличие зазора между вырубаемыми заготовками; 2) припуск от края полосы до заготовки, равный величине зазора. Как правило, при разработке технологического процесса холодной листовой штамповки рассматривают оба вида раскроя листового материала, и важнейшей величиной расчётов в обоих случаях является коэффициент использования материала. На основе получившихся расчётов и по искомому коэффициенту делают вывод, каким способом целесообразней производить раскрой, то есть дают количественную оценку получаемых изделий. Выбирают тот вид раскроя, где коэффициент использования материала будет больше.

Величина зазора получается расчётным путём в зависимости от толщины полосы по формуле

∆=(2-3)S, мм, (1)

где ∆- припуск, мм,

S- толщина полосы, мм.

Вводят также понятие шага раскроя (если производство автоматизированное, то его называют шагом подачи), он также определяется расчётным путём

Ш=2R+∆,мм (2)

где Ш – шаг подачи, мм,

R- радиус заготовки, мм.

Если раскрой однорядный, то ширина полосы находится как

В=2∆+D, мм (3)

где В- ширина полосы, мм,

D- диаметр заготовки, мм.

Если раскрой в шахматном порядке, то ширина полосы находится из рис.1, б.

В=2∆+R+R+х=2∆+D+х (4)

Длина полосы или листа выбирается по ГОСТам: 1000мм, 2000мм и т.д. Ширина листа также принимается по ГОСТу: 500мм, 600мм, 800мм, 1000мм, 1200мм и т.д.

После расчёта ширины полосы принимает не расчётное её значение, а значение отвечающее ГОСТу:10мм, 12мм, 14мм, 16мм, 18мм, 20мм, 24мм, 26мм, 28мм, 30мм, 34мм, 35мм, 36мм, 38мм, 40мм, 44мм, 46мм, 48мм, 50мм, 55мм, 60мм, 65мм, 70мм, 75мм, 80мм, 85мм, 90мм, 95мм, 100мм и т.д.

Таким образом, в листе будет укладываться несколько полос, а в каждой полосе будет располагаться несколько заготовок. Процесс резки листа на полосы проводят такими способами, как: резка параллельными ножницами, гильотинными ножницами и дисковыми ножницами. Схемы резки листа на полосы и расчёт усилия операции приведено в таблице 1.

Таблица 1 – Определение усилий резания ножницами

Вырубка и пробивка заготовки ведётся в специальном штампе. Количество заготовок в полосе рассчитывается по формуле

(5)

где L- длина полосы, мм.

Для определения коэффициента использования материала необходимо вычислить площади полосы и заготовки. Площадей заготовки зависят от конфигурации получаемого изделия и для их определения следует пользоваться таблицами представленными в пунктах конкретной операции (см.пункты 2.4 – 2.10). Площади простейших фигур типа круг, квадрат, треугольник, прямоугольник не приведены в данных таблицах, следует пользоваться геометрическими формулами вычисления площадей простейших фигур (площади простейших фигур указаны в приложении 2). Для определения площадей заготовок следует пользоваться правилом равенства поверхностей, т.е. площадь детали равна площади заготовки; будем считать, что в рассматриваемых операциях не будет иметь место утонение стенки в процессе деформирования. Заготовкой может быть круг, прямоугольник, квадрат и труба, если деталь сложной формы, то форма заготовки подбирается, отклоняясь от общих правил проектирования, что на практике встречается в отдельных отраслях производства.

является Коэффициент использования материала- К_им является важным экономическим показателем, как было сказано выше. Его определяют исходя из процента использования материла заготовки по отношению ко всей площади полосы или листа, из которых получают заготовки по формуле

(6)

где F_з- площадь заготовки, мм²,

F_пол- площадь полосы или листа, мм²,

n- количество заготовок в полосе или листе, шт.

Приведённые расчёты являются основополагающими перед началом технологических расчётов операций холодной штамповки и многих методов ОМД. Расчёт силовых параметров для каждого вида операций свой. Рассмотрим некоторые операции холодной штамповки ниже.

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.)