Вытяжка представляет собой превращение плоской заготовки в полую деталь любой формы и производится на вытяжных штампах. На рис.12.1 изображена схема простой вытяжки цилиндрического колпачка диаметром .

Рис.12.1 Схема вытяжки колпачка.

В процессе вытяжки кольцевая часть заготовки превращается в цилиндр диаметром и высотой . Так как объем металла при вытяжке постоянен, то высота колпака больше ширины кольцевой части

Таким образом вытяжка происходит за счет пластической деформации, которая сопровождается перемещением значительного объема металла вверх. Этот объем условно заштрихован в виде треугольников. О характере происходящих при вытяжке изменений можно получить представление произведя сравнение структуры у различных участков заготовки со структурой уже вытянутого колпачка. В донной части структура не меняется, зато на боковых стенках зерна приобретают вытянутую форму. В детали меняется толщина и твердость вследствие воздействия растягивающих и сжимающих напряжений. Степень деформации при вытяжке может быть записана как:

(12.1)

(12.2)

При большой степени деформации является причиной складкообразования. В целях предотвращения складок применяют складкодержатели.

Вытяжкой моно получить детали типа: тела вращения; коробчатые, треугольные и квадратные любой формы; несимметричные; с различной толщиной стенки (рис.12.2).

Рис. 12.2 Типы деталей получаемых вытяжкой.

Различают вытяжку без преднамеренного изменения толщины стенки – вытяжки без утонения (рис.12.3а) и с изменением толщины стенки – вытяжки с утонением (рис.12.3б).

Рис. 12.3 Виды вытяжки: а - без утонения стенки; б-с утонением стенки.

В первом случае:

Во втором случае:

Очевидно, что в случае вытяжки без утонения зазор больше толщины материала. При утонении он должен быть меньше. В этом случае относительное сужение выразится как

Различают вытяжку однооперационную и многооперационную. Разновидность вытяжки без утонения стенки: 1) реверсивная вытяжка, 2) с подогревом фланца, 3) гидравлическая вытяжка для сложных форм, 4) вытяжка резиной, 5) пульсирующая вытяжка.

12.2. Напряженно – деформированное состояние.

При вытяжке имеет место сложная пластическая деформация, в процессе которой элемент плоской заготовки (рис.12.4)

Рис. 12.4 Схема действующих напряжений при вытяжке.

изменяет свои размеры (удлиняется в радиальном и укорачивается в тангенциальном направлении), превращаясь в дальнейшем в элемент боковой поверхности изделия В начале первой операции вытяжки для элемента заготовки 1, находящегося вблизи края фланца наибольшей по величине является деформация тангенциального сжатия, средней деформации удлинения, в радиальном направлении, а наименьшей – утолщение металла. В результате деформации тангенциального сжатия при вытяжке тонкого материала образуются гофры (б). При тех же условиях в толстом материале таких гофр не получается.

При перемещении элемента к вытяжному ребру матрицы 2 наибольшей деформацией становится деформация радиального направлении (удлинения), так как тангенциальное сжатие уменьшается. При переходе элемента через вытяжное ребро матрицы эта деформация элемента усложняется появлением деформации пространственного изгиба. После этого элемент заготовки переходит в криволинейно – вертикальную стенку и получает осевое удлинение вдоль образующей при незначительном утонении материала.

Дно изделия подвергается незначительно воздействием сил, которым пренебрегают практически. Для наглядности характера деформации и определения ее величины применяют метод нанесения на заготовку прямоугольной или радиально – кольцевой сетки, изучая потом ее искажения при вытяжке. Искажение показывает, что деформация тангенциального сжатия превосходит величину деформаций радиального растяжения.

Толщина материала в месте перехода от дна к стенкам уменьшается при увеличении степени деформации, пластичности металла и т. д. Рассмотрим схему вытяжки, разбив заготовку на несколько частей (рис.12.5).

Рис. 12.5 Схема вытяжки и распределение напряжений и деформаций на различных участках заготовки.

В каждой части выделим элемент объема и рассмотрим его напряженно – деформированное состояние. На первом участке элемент находится в объемно – деформированном состоянии. При сильном прижиме считают =0.

у края и у ребра.

у края и у ребра.

От фланец утолщается на 20 – 30% от толщины материала и упрочняется. При слабом прижиме и тонком материале

складки.

На втором участке элемент на закруглении испытывает сложную деформацию – растяжение и изгиб, незначительное сжатие.

На четвертом участке материал между пуансоном и матрицей можно считать находящимся в линейно напряженном и плоско - деформированном состоянии. У донного закругления элемент в металле возникают напряжения в виде двухосного сжатия, что приводит к значительному растяжению и утонению стенок. Здесь опасное сечение – отрыв дна. Утонение 10 – 18% от толщины материала.

На пятом участке дно в плоско – напряженном и объемно – деформированном состоянии. Растяжение и сжатие на первой операции 1 – 3% - можно пренебречь. На следующей операции нет. Дно утоняется.

Кроме этих напряжений действуют силы трения. От перераспределения моментов сил происходит увеличение толщины заготовки (рис.12.6). Это изменение зависит от величины радиусов и пуансона.

Рис. 12.6 Распределение толщины заготовки по контуру.

Оно = 15 – 18% от .

Где утонение

Изменение толщины зависит от:
1) геометрии вытяжного инструмента и величины радиусов и . Обычно применяют радиальные матрицы, иногда конические. При них выше устойчивость стенки, меньше утонение. Чем больше и , тем меньше изменение толщины стенки, т. к. радиусы влияют на величину напряжений;

2) степени чистоты обработки рабочих поверхностей инструмента;

1) ряда качеств смазки. Чем она качественней, тем меньше изменение толщины;

2) от степени деформации при вытяжке. Чем меньше коэффициент ступени, тем больше изменение в стенке.

3) От скорости вытяжки, чем она выше, тем больше изменяется толщина стенки.

При вытяжке без утонения степень деформации принято выражать коэффициентом. коэффициент ступеней при вытяжке или коэффициент степени вытяжки.

Чем меньше и чем больше , тем больше будут сжимающие напряжения. Разность определяет степень деформации. В результате действия сжимающих напряжений во фланце и перемещение избыточного объема может быть потеря устойчивости деформируемой заготовки, т. е. складки, гофры.

При толстой стенке и разнице в диаметрах, смещенный объем распределяется равномерно и складок не получается. Для устранения складок применяют прижимы. Необходимость прижима определяется отношением толщины стенки к диаметру заготовки –

1 переход при - прижим

при - без прижима

возможны оба случая. Все зависит от радиуса матрицы и пуансона, от смазки, чем они больше, тем больше возможность складкообразования. При нужен прижим (по Шофману).