Рис. 15.2 Конструкции матриц для многооперационной вытяжки.

А - тороидальная; б - конусная; в - с реактивной полостью.

Схема напряжённо-деформированного состояния при последующих операциях вытяжки на тороидальной матрице показана на рис. . Очаг деформации можно разделить на две зоны:1- свободного изгиба (внеконтактная деформация) и 2- контактная (деформирование на торообразной кромке матрицы).

При вытяжке на матрице с тороидальной поверхностью рис.15.3 напряжение в опасном сечении определяется с помощью формулы

Рис. 15.3 Схема напряженно-деформированного состояния при вытяжке на тороидальной матрице.

(15.1)

Где - средний радиус заготовки, - средний радиус изделия, - коэффициент трения,

(15.2)

(15.3)

(15.4)

Для определения следует найти величину , затем по - значение , а по и выражение (15.2). На рис.15.4 показана схема напряженно-деформированного состояния при последующих операциях вытяжки на матрице с конусно-тороидальной рабочей полостью.

Рис. 15.4 Схема напряженно-деформированного состояния при вытяжке на конической матрице.

В этом случае в очаге деформации можно выделить три зоны:1- свободного изгиба (внеконтактная деформация), 2- контактной деформации на конусном участке и 3- контактной деформации на тормозной кромке матрицы.

Характер напряжений и деформаций в 1 и 3 зоне очага деформации на конусно-тороидальной матрице соответствует характеру напряжений и деформаций 1 и 3 зоны, соответственно, при вытяжке на матрице с тороидальной полостью (рис.15.3). В конусной части матрицы материал находится в плоско-напряженном и обёмно-деформированном состоянии. Максимальное растягивающее напряжение при вытяжке на матрице с конусно-тороидальной полостью определяется как

(15.5)

Где - угол конусности матрицы.

Оптимальное значение угла конусности в каждом конкретном случае может быть определено по формуле

(15.6)

Практическое значение при многооперационной вытяжке принимается в приделах 15-20о. Из сопоставления схем напряженно-деформированного состояния, показанных на рис. и, видно, что при вытяжке на матрице с коническо-тороидальной полостью могут быть реализованы более жесткие условия деформирования, поскольку изгибающие напряжения на участке свободного изгиба и на тороидальной кромке значительно меньше тех, которые имеют место при вытяжке на матрице с тороидальной кромкой.

По завершении процесса вытяжки в 1 зоне между очагами деформации и цилиндрическими стенками исходной заготовки действует изгибающий момент, приводящий к изгибу элементов, поступающих в очаг деформации. При этом в стенках заготовки еще не получивших пластическую деформацию, возникают тангенциальные напряжения растяжения. В результате происходит увеличение диаметральных размеров краевой части заготовки и возникающая в ней тангенциальная деформация растяжения приводит к разрушению края заготовки с образованием продольных трещин.

С целью получения качественных изделий многооперационную вытяжку целесообразно проводить на матрицах, имеющих реактивную полость, препятствующую образованию раструба по краю цилиндрической стенки вытягиваемой оболочки.

Многооперационной вытяжкой изготавливают изделия как с узким так и с широким фланцем. Цилиндрические оболочки с узким фланцем, когда отношение высоты оболочки к ее диаметру больше 1,0, а отношение диаметра фланца к диаметру оболочки составляет 1,1 – 1,4, изготавливают обычно многооперационной вытяжкой, получая на предыдущих операциях цилиндрические полуфабрикаты. Фланец у таких изделий образуется на последней операции, а затем обрезается на заданный размер. Широкий фланец при многооперационной вытяжке получают сразу на первой операции вытяжки из плоской заготовки. На последующих операциях размеры фланца остаются постоянными, а формоизменению подвергается оставшаяся часть заготовки.

При определенных геометрических соотношениях диаметра изделия и диаметра заготовки действия сжимающих вызывают потерю устойчивости материала заготовки, выражающуюся в образовании складок. Возможность потери устойчивости заготовки зависит от степени деформации, относительной толщины заготовки и свойств материала. Устойчивость фланца будет тем больше, чем толще исходная стенка заготовки при данном диаметре и меньше разность между диаметром заготовки и диаметром получаемого изделия. Заготовка из наклепанного материала более склонна к складкообразованию, чем заготовка отожженная.

Складкообразование при вытяжке можно устранить, если в конструкции штампа использовать специальный прижим. В связи с этим различают два способа многооперационной вытяжки – с прижимом и без прижима. В зависимости от размеров детали, ее формы, толщины материала и количества операций может быть использован например, прижим (рис.15.5).

Рис.15.5 Схема прижима при многооперационной вытяжке.

Необходимость применения прижима при многооперационной вытяжке определяется соотношением и значением коэффициента вытяжки .

При и вытяжку нужно вести с прижимом. Если и - вытяжка осуществляется без прижима. В общем случае необходимость использования прижима определяется по формуле

(15.7)

Где и - коэффициенты вытяжки на последующей и предыдущей операциях.

Толщина стенки оболочки на каждой операции неодинакова. На ее краю возникает утолщение материала, величина которого зависит от относительных диаметров заготовки и изделия, а также от анизотропии листового материала.

Толщина края детали может быть определена по выражению

(15.8)

Где

(15.9)

Для изотропного материала толщина края детали

(15.10)

Изменение толщины стенки имеет место и в донной части цилиндрической заготовки. Наименьшая толщина стенки (на 10 – 15% меньше исходной) наблюдается на тороидальном участке в месте сопряжения.

В зависимости от выбранных значений коэффициентов вытяжки и характеристик используемого материала многооперационная вытяжка может осуществляться с применением термообработки или без нее.

В случае многооперационной вытяжки изделий из сильно упрочняющихся материалов в технологическом процессе следует предусмотреть межоперационную термообработку. В результате отжига в окислительной среде на поверхности детали образуется окалина, которая удаляется травлением или различными видами механической очистки. Рецептурный состав ванн травления подбирается в зависимости от рода материала. После травления для удаления следов кислоты с деталей их промывают в холодной и горячей воде, а затем нейтрализуют в слабом щелочном растворе при температуре 60 – 80оС.

Предпочтительным является безокислительный (светлый) отжиг в печах с нейтральной или восстановительной средой, в результате которого не происходит образования окалины и не требуется выполнение операций травления.

Если в технологическом процессе предусмотрены межоперационные отжиги, то значения на операциях можно принять одинаковыми. Если же термообработка не проводится, о на первых операциях должны быть приняты меньшие на 3 – 5% значения . Тогда более эффективно используются пластические свойства материала и потребуется меньшее число операций для получения изделия.