Файл: Головлев, В. Д. Расчеты процессов листовой штамповки. Устойчивость формообразования тонколистового металла.pdf

i H - m w f

Головлев В. Д.

Издательство «Машиностроение», 1974 г.

\

- ' т т к я в г & ъ ■"

*V ' Ц\Ѵ V’X SjC

/

ПРЕДИСЛОВИЕ

Листовой металл, полученный прокаткой, является хорошим конструкционным материалом, позволяющим изготовлять лег­ кие и прочные детали машин и устройств.

Производство листового металла в СССР, США и других крупных промышленных странах развивается ускоренными тем­ пами. Особенно быстро растет производство тонколистовой хо­ лоднокатаной стали.

Значительная часть листового металла подвергается штам­ повке— вытяжке, формовке, обтяжке. Поэтому одним из важ­ ных показателей качества тонколистового металла является его штампуемость. Штампуемость характеризуется способностью листового металла к пластическому формообразованию, опре­ деляемой совокупностью механических и физических свойств металла.

Листовая штамповка позволяет получать сложные по форме и точные по размерам изделия при значительной экономии ме­ талла и высокой производительности труда:

Большое значение приобретает дальнейшее совершенство­ вание процессов пластического формообразования листового ме­ талла, что невозможно без их теоретического и эксперименталь­ ного исследования.

Важной проблемой теории обработки металлов давлением является устойчивость процесса деформирования.

Устойчивость пластического формообразования листового металла — одно из основных условий получения штампованных изделий хорошего качества. Потеря устойчивости формообразо­ вания характеризуется возникновением больших местных де­ формаций, которые обычно приводят или к разрушению метал­ ла, или к образованию недопустимо больших искажений формы

.изделия. Повышение устойчивости формообразующих операций листовой штамповки обеспечивает снижение брака и значитель­ ную экономию металла, способствует увеличению надежности работы автоматических и поточных линий штамповки, улучшает качество продукции [41].

Устойчивость все еще остается сравнительно мало изученным разделом теории листовой штамповки. Это прежде всего отно­

3

Г л а в а I

ПОТЕРЯ УСТОЙЧИВОСТИ Ф О РМ О О БРАЗО ВАН И Я ЛИСТОВОГО МЕТАЛЛА

1. ВЫТЯЖКА ДЕТАЛЕЙ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ

Одним из наиболее рациональных способов изготовления крупногабаритных тонких металлических оболочек сложной формы является вытяжка тонколистового металла. Вытяжка позволяет получить легкие, прочные и технологичные детали, обладающие совершенными конструктивными формами. Основ­ ные трудности, возникающие в процессе вытяжки деталей сложной формы, связаны с обеспечением устойчивости формо­ образования тонколистовой заготовки.

Типичными примерами деталей сложной формы являются облицовочные детали кузова автомобиля. Процесс вытяжки подобных деталей состоит в следующем (рис. 1). Тонколисто­ вая заготовка, зажатая между прижимными поверхностями прижимного кольца 3 и матрицы 2, втягивается пуансоном 1 в проем матрицы и превращается в деталь 4. Прижимная по­ верхность штампа относится к классу развертывающихся по­ верхностей [50, 56]. Такая форма прижимной поверхности позволяет наложить тонколистовую заготовку на матрицу путем изгибания, без растяжения и сжатия ее серединной поверх­ ности.

Характерным для вытяжки деталей сложной формы яв­ ляется то, что под прижимом располагается сравнительно не­ большая часть заготовки. Это приводит к возникновению на начальных стадиях деформирования больших свободных (рас­ положенных между пуансоном и матрицей) участков листовой заготовки, находящихся в сжато-растянутом состоянии. Под действием сжимающих напряжений свободные участки заготов­ ки могут потерять устойчивость с образованием волнистости и складок. Формообразование центральных, охватывающих пуан­ сон, участков заготовки осуществляется в основном растяже­ нием. На этих участках возможна потеря устойчивости заготов­ ки из-за местного утонения, приводящего к разрыву металла. Повышение устойчивости деформирования при вытяжке дости­ гается увеличением натяжения заготовки, осуществляемым ре­ гулировкой силы зажатия фланца заготовки, установкой пере­ тяжных ребер 5 или перетяжных порогов.

При исследовании процессов вытяжки деталей сложной фор-

5

мы важное значение имеют расчеты на устойчивость пластиче­ ского формообразования.

Вновь изготовленные штампы для вытяжки деталей слож­ ной формы обычно проходят опробование и наладку. Правиль­ ный выбор приемов наладки оказывает существенное влияние на производительность штамповки. Поэтому при исследовании процессов вытяжки деталей сложной формы важно не только изучить причины воз­ никновения потери устойчи­ вости формообразования и связанных с неіі дефектов, но и наметить практические мероприятия по их быстро­ му устранению в ходе на­

ладки штампов.

При формообразовании деталей сложной формы де­ формирующее усилие пере­ дается на значительную часть поверхности листовой заготовки. Вследствие этого

с напряжениями по толщине листа, достигающими значе­ ний предела текучести. По­

цессе вытяжки деталей сложной формы из тонколистовой заго­ товки обычно происходит на начальных стадиях формообразо­ вания, при деформациях, не превышающих указанной величины. Поэтому в расчетах на выпучивание толщина заготовки прини­ мается постоянной, равной исходной толщине металла.

Предполагается, что процесс деформации является актив­ ным, а внешние силы, действующие на листовую заготовку, воз­ растают пропорционально. Из экспериментов следует, что' при

6

формообразовании деталей сложной формы величины дефор­

ских деформаций зависимость между интенсивностями напря­ жений и деформацией с достаточной степенью точности аппрок­ симируется степенной функцией. Поэтому принимается, что фор­ мообразование листовой заготовки протекает в условиях, близ­ ких к простому, пропорциональному нагружению, и может быть

(стержня, пластинки, оболочки) характеризуется способностью системы сохранять определенную форму равновесия при дейст­

(точка А ) происходит разветвление форм равновесия (бифурка­ ция), а сила Р достигает своего критического значения Рк. При Р<Рк устойчивой является невозмущенная, исходная (прямо­

7

линейная) форма равновесия, а при Р > Р К устойчивой стано­ вится одна из отклоненных (изогнутых) форм равновесия.

Потеря устойчивости в системах, для которых связь между нагрузкой Р и характерным перемещением ѵ выражается кри­

равновесия. В точке А нагрузка принимает стационарное зна­ чение, оставаясь постоянной при бесконечно малых из-

Рис. 3. Диаграммы состоянии равновесия:

менениях и, соответствующих смежным формам равновесия. Со­ стояние системы в точке А, согласно статическому критерию устойчивости (см. стр. 9), является критическим, а соответст­ вующие значения Р = Р К и ѵ= ѵк— критическими нагрузкой и характерным перемещением. Критическая нагрузка Р н совпа­ дает с максимальной, несущей нагрузкой системы .Р тах -

Следовательно, в системах, для которых зависимость Р —и выражается кривой типа, показанного на рис. 3,6, состояние равновесия возможно лишь при нагрузках, не превышающих определенный, критический уровень, зависящий от свойств си­ стемы.

Дальнейшее поведение системы (см. рис. 3,6), зависящее от способа нагружения, рассмотрим на примере деформации сферической оболочки при действии внутреннего гидростатиче­ ского давления. Возможны два способа нагружения оболочки:

1) силовой, при котором нагрузка Р (давление жидкости) монотонно возрастает;

2) деформационный, предусматривающий монотонный рост характерного перемещения ѵ (приращения радиуса оболочки); такое нагружение достигается постепенной подачей жидкости по мере увеличения размеров оболочки.

8