Лист 0,7 мм

Наклон (скос) на матрице или на пуансоне лучше делать двусторонним (рис. 1, б), так как наличие симметричного скоса с обеих сторон препятствует возникновению боковых усилий, имеющих место при одностороннем скосе, который приводит к зарубанию кромок инструмента.

Усилие и затрачиваемая работа

Методика определения усилия при вырубке прямоугольных деталей. В излагаемых ниже выводах допускается с целью упрощения, что процесс резки штампами с наклонными режущими кромками происходит так же, как и при вырубке штампами с параллельными режущими кромками, и сопротивление материала вырубке в обоих случаях имеет одно и то же значение. Усилие вырубки при работе такими штампами с наклонными кромками пуансона (матрицы) можно определить двумя методами: графоаналитическим (приближенным) и аналитическим.

Графо-аналитический метод заключается в том, что для ряда положений пуансона g, g₁, g₂ и т. д. (рис. 1, б), соответствующих определенному углублению его в металл, устанавливают периметр захватываемых пуансоном участков вырубаемого контура. Зная периметр, можно определить и пропорциональное ему усилие в каждый момент вырубки. Из рис. 1, б видно, что в начале резки при опускании пуансона на величину, близкую к толщине материала, периметр вырубаемого контура будет наибольшим. Его можно определить, спроектировав крайние точки на проекцию пуансона в плане. Полученная с обеих сторон пуансона ломаная линия g'₁ g' g' g'₁ в виде буквы П и является искомым периметром для первого момента. Обозначив длину этих двух участков через u₁, получим следующее приближенное выражение для определения усилия вырубки P₁.

P₁ = u₁sτ₀        (41)

Для последующих моментов (при φ = const) длина одновременно срезаемых участков при опускании пуансона на толщину материала будет постоянной u₂ = u₃ - u_n, следовательно,

P₂ = P₃ = ... = P_n          (42)

 

Очевидно, что Р₁ > Р₂, ..., Р_n.

Для определения усилия аналитическим путем при вырубке прямоугольными пуансонами с наклоном режущих кромок внутрь следует рассматривать отдельно усилие в первоначальный момент и усилие в последующие моменты.

Иа рис. 1, б видно, что в первый момент пуансон одновременно срезает две боковые грани шириной с и надрезает четыре участка на углах длиной s/tg φ. Следовательно, в этот момент имеет место одновременная вырубка плоским (срезание двух боковых граней - усилие Р′₁) и скошенным (надрезание четырех угловых участков - усилие Р′′₁) пуансонами.

Тогда, используя формулы, находим, что полное усилие для первого момента вырубки равно

где u_1пр - приведенный периметр для первого момента вырубки.

Для последующих моментов усилие вырубки будет значительно меньше и имеет постоянную величину

где угол наклона ср берется в градусах.

В формулу (44) введен эмпирический коэффициент т, учитывающий влияние изгибающих сил, неравномерность распределения зазоров и т. д. На основании опытных данных автора, коэффициент m для материалов толщиной 0,5-4,0 мм в зависимости от угла наклона φ (2; 4; 6°) колеблется в пределах 1,05-1,25.

При вырубке пуансоном с наклонными режущими кромками кроме резки имеет место изгиб отделяемых концов детали. Отделяемую часть детали можно рассматривать как консольную балку, защемленную одним концом, на которую действует сила Р_Хг/2 на расстоянии х = b = s/tg φ (рис. 1, б). В этом случае полное усилие вырубки для первого момента определится из выражения

где ε_в - относительное удлинение материала при растяжении образца в момент начала образования шейки.

Отметим, что Р_1г по сравнению с Р_1в для тонких материалов невелико, порядка 3-5%. При практических расчетах (когда вводится общий поправочный коэффициент k) этим усилием можно пренебречь. Очевидно, расчет пресса следует производить по наибольшему усилию для первого момента Р₁ (рис. 1, а) с учетом поправочного коэффициента к.

Проведенные исследования по вырубке прямоугольных деталей пуансоном с наклонными режущими кромками показывают, что в этом случае при угле наклона φ = 2° потребное усилие вырубки снижается на 17-25% по сравнению с плоским пуансоном; при угле наклона φ = 4° - на 45-55%, а при φ = 6° - на 55-65%. Верхние пределы соответствуют тонким материалам (толщиной до 1,5 мм), нижние - более толстым (толщиной 1,5-3,5 мм).

Методика определения усилия при вырубке круглых деталей.

Ниже рассматриваются методы определения усилия вырубки для трех типов пуансонов (или матриц), имеющих различные режущие кромки, чаще всего встречающихся на практике при вырубке круглых деталей: цилиндрических пуансонов с наклоном режущих кромок внутрь; цилиндрических пуансонов с наклоном режущих кромок наружу; пуансонов, у которых режущие кромки образованы пересечением двух цилиндров со взаимно перпендикулярными осями.

Усилие вырубки при цилиндрическом пуансоне (радиусом R) с наклоном режущих кромок внутрь (рис. 2) аналитическим способом можно определить для любого момента резки, исходя из геометрических соотношений верхней и нижней проекций на рис. 2, б, по формуле

где Н - высота наклона режущих кромок; у - переменная величина, зависящая от глубины опускания пуансона; m₀ - коэффициент, учитывающий, что элементарная срезаемая площадка не равна площади прямоугольника u₀s₀, а меньше (m₀ для материалов толщиной s до 2 мм равен 0,60-0,55, а для s от 2 до 4 мм - 0,55- 0,50).

Максимальное усилие вырубки при работе таким пуансоном получается при у ≈ s в начале (рис. 2, а) резки и составляет при R = 30 мм и угле наклона φ = 4÷6° для материалов толщиной 0,5-3,5 мм 40-55% от усилия вырубки плоским пуансоном; при дальнейшем опускании пуансона усилие вырубки уменьшается.

Рис. 3. Вырубка круглой детали пуансоном с наклоном режущих кромок наружу: а- кривая усилия вырубки; б - схема к расчету усилия

Для цилиндрических пуансонов с наклоном режущих кромок наружу (рис. 3, б) усилие вырубки можно определить по формуле

Максимальное усилие вырубки при таком пуансоне получается в конце резки при у = Н (рис. 3, а). Потребное усилие снижается при углах φ = 4÷6° для одних и тех же материалов на 40-60% по сравнению с плоским пуансоном.

Следует отметить, что формулы (46) и (47) справедливы лишь при условии, что Н ≥ i_k ≈ s. При несоблюдении этого условия они не являются точными и расчет усилия вырубки в этом случае лучше вести, как при вырубке плоским пуансоном, так как при H < s угол наклона φ получится небольшим.

Рис. 4. Вырубка круглой детали пуансоном, режущие кромки которого образованы пересечением двух цилиндров: а- кривая усилия вырубки; б- схема к расчету

Для пуансонов с переменным углом наклона режущих кромок от φ до 0, образованных пересечением двух цилиндров со взаимно перпендикулярными осями (рис. 4, б), усилие вырубки определяют из зависимости

Кривая усилия резки в этом случае будет иной, чем в двух предыдущих. Ее отличие заключается в наличии двух максимумов на кривой О abcd, (рис. 4, а), что вызывается особенностью формы режущих кромок пуансона (при этом величина H должна быть больше s). Максимальное усилие вырубки при таком пуансоне снижается на 50-60% по сравнению с плоским пуансоном. В приведенных выше трех случаях пресс также следует подбирать по наибольшему усилию с учетом коэффициента k.

Скосы режущих кромок могут выполняться как на пуансоне, так и на матрице. В последнем случае подсчет усилия вырубки производится точно таким же путем, как и при вырубке пуансоном со скошенными режущими кромками. Указанные методы определения усилия остаются в силе и для вырубки деталей более сложной формы.

Вопрос о том, на какой рабочей части штампа должен быть выполнен скос, решается следующим образом. Если необходимо вырубить деталь, то скос придают матрице, а пуансон изготовляется плоским. В этом случае деталь будет также плоской, а отход полосы - изогнутым. Если требуется получить ровную деталь с отверстием, то скос придают пуансону. При этом изогнутым получается отход, выталкиваемый из матрицы.

Во многопуансонных штампах, применяемых главным образом при пробивке отверстий, усилие вырубки можно уменьшить за счет ступенчатого расположения пуансонов, так как тогда максимальные усилия вырубки от каждого пуансона не совпадают во времени и не суммируются. Разность в высотах пуансонов достигается укорочением пуансона меньшего диаметра на (0,8÷0,5) s.

При вырубке деталей из толстого листа штампами с плоскими пуансонами, а также в случае применения скошенных режущих кромок, во избежание перегрузки пресса, следует в каждом отдельном случае сопоставлять кривую усилия резки - вырубки с кривой допустимых усилий пресса по условиям прочности вала. Следует иметь в виду, что максимальное усилие, развиваемое прессом (гарантированное паспортом пресса), получается близко к концу хода ползуна пресса. Во всех прочих положениях ползуна допустимое усилие пресса будет меньше.

Кроме того, пресс необходимо выбирать не только по максимальному усилию, но и по затрачиваемой работе на вырубку. При этом следует учесть, что усилия вырубки за один двойной ход пресса не складываются, а работы вырубки суммируются.

Работа при вырубке штампами с наклонными режущими кромками. Затрачиваемую работу при вырубке штампами с наклонными режущими кромками можно определить графически - измерением площади, ограниченной кривой вырубки, и аналитически - исходя из среднего усилия для данного процесса резки.

Среднее усилие определяется из выражения

а работа (в Дж) по формуле A′_н=P_cpH/1000  или по формуле A′_н=P_cp(H+i_k)/1000        (50)

где H - высота наклона режущих кромок пуансона или матрицы, мм; i_k - глубина опускания в момент отделения металла, мм; n_уч - число условно принятых участков, равное H/s; для прямоугольных деталей п_уч = b tg φ/2s.

Если исходить из того, что работа резки при вырубке штампами с наклонными режущими кромками должна быть несколько больше, чем при вырубке штампами с параллельными режущими кромками, вследствие отгиба листа, то A′_н= (1+0,02φ)A_н               (51)

где 1+0,02φ - поправочный коэффициент, учитывающий влияние изгиба полосы на величину работы; φ - угол наклона режущих кромок пуансона или матрицы, град.

 

Пример. Определить усилие и затрачиваемую работу для вырубки прямоугольной пластины с размерами b = 120 мм, с = 40 мм; матрица с пояском; пуансон с углом наклона режущих кромок (р = 6°. Материал - СтЗ; s = 2,2 мм;

σ_в = 430 МПа; δ₁₀ = 26%; ε_в = δ_в = 0,8δ₁₀ = 0,20; τ₀ = 350 МПа.

Усилие вырубки для первого (максимального) момента без учета изгиба концов

P_1в = 2 (с + s/tg φ) sτ₀ = 2·(40 + 2,2/0,105)·2,2·350 = 94 000 Н.

   Усилие для отгиба надрезанных концов

Полное усилие вырубки с учетом отгиба концов

P₁ = P_1в + P_1г = 94000 + 2 950 = 96 950 Н.

Расчетное усилие для подбора оборудования Р_р = kP₁ = 1,3·96 950 = 126 500 Н. Усилие вырубки снижается примерно на 60% по сравнению с усилием вырубки плоским пуансоном, где Р_р = kP = 1,3·246 400 = 320 320 Н. Усилие вырубки для последующих моментов

Число участков (условно принятое) для полной вырубки

Среднее усилие

Затрачиваемая работа на вырубку

В этом случае работа вырубки получается несколько большей (примерно на 12-14%, в соответствии с коэффициентом 1 + 0,02φ при φ= 6°), чем при работе штампами с параллельными режущими кромками, где А_н = 300 Дж, вследствие учета дополнительного усилия на отгиб надрезанных концов и на преодоление трения (коэффициент т).