5. Розрахунки на міцність основних конструктивних елементів штампів
Різноманітність форм і розмірів деталей, що штампуються, тягне за собою відповідне різноманіття форм деталей штампів і відмінність розмірів цих деталей. Встановлення оптимальних розмірів деталей штампу є важким завданням, у вирішенні якої недостатньо покластися на досвід та інтуїцію конструктора.
Форми та розміри деталей штампів, близькі до оптимальних, конструктор може встановити лише розрахунковим шляхом.
Для розрахунку деталей штампів необхідно знати напруги або деформації, що допускаються, і діючі сили.
Найвідповідальнішим етапом розрахунку будь-якої деталі штампу є встановлення величин, напрямів та черговості дії сил.
Розглянемо розрахунки основних конструктивних елементів.
5.1.Пуансони для вирубки-пробивки
У процесі вирубки-пробивки листового матеріалу поблизу ріжучих кромок з'являється складне силове поле.
Пуансон вдавлюється в листову заготовку не по всій поверхні, а лише по пояса(рис. 15). Таке саме вдавлювання відбувається і з боку матриці. Виникає пара силРз плечеме,створюють моментМзгинальний, під дією якого заготівля згинається і випучується.
Мал. 15. Схема впливу сил при вирубуванні
В результаті вигину заготовки виникає тиск металу на зовнішню поверхню пуансона і тиск, що розпирає, на кромки матриці.
Крім нормальних сил Р1, Р2, N1 N2, на поверхню інструменту діють дотичні сили μР1, μР2, μN1 μN2, створені силами тертя.
Для наближених обчислень максимальної величини силиNдопустимо:
точка докладання силиРвідстає від ріжучої кромки на відстань, що дорівнює 1/3 ширини майданчика, що зминається під ножем;
відстань між точками докладання силNдо часу, коли ці сили досягають свого найбільшого значення, дорівнює S;
силаNдосягає максимуму одночасно з силоюР.
Складемо рівняння моментів:
З практики відомо, що ширина майданчика для сталі, що знімається під ножем, становить (0,5 - 0,7)S.
Прийнявши цю ширину 0,6S, отримаємо:
де Р – зусилля різання для довжини різу, що дорівнює проекції ріжучого контуру.
Визначивши таким чином величину та напрямок дії сил, можна перейти до розрахунку.
Під час роботи пуансони (рис. 8) піддаються стиску від зусилля вирубки, тому необхідно перевірити пуансон на стиск:
≤(3)
де - напруга стиснення в кгc/мм 2 виникає в пуансоні;
Р - зусилля вирубки, що припадає на пуансон, кгс;
F-площа найменшого поперечного перерізу пуансона, мм 2 .
У разі якщо внаслідок неправильного складання штампу вісь пуансона буде зміщена щодо осі матриці на половину зазору, сума сил N не дорівнюватиме нулю.
Різниця силN1–N2можна визначити шляхом оцінки середньої величини зазору праворуч і ліворуч від осі та знаходження за середньою величиною силN(з експериментальних даних Б.П. Звороно). Відповідно до розрахунків, шукана різниця сил становитиме 0,05 Р, тобто. 5% дії вирубки. Тоді максимальне зусилля, яке випробовуватиме пуансон, представиться як сума двох напруг - від стиску та від вигину:
деd- діаметр пуансону в найменшому поперечному перерізі, мм.
Пуансон поблизу посадкової частини, якщо вісь його зміщена щодо осі матриці, наприклад, на половину зазору (через неточність виготовлення штампу), може відчувати стиск і від вигину під дією силиР.Припустимо, що при штампуванні під дією силиNвідбудетьсяпружна деформація пуансона і пуансонодержателя і ріжуча частина пуансона зміститься вправо так, що його вісь збігатиметься з віссю матриці. Тоді згинальний момент дорівнюватиме:
Пуансон поблизу посадкової частини відчуватиме стиснення та вигин. Сумарна стискаюча напруга:
де d1 - діаметр пуансона поблизу посадкової частини.
Довгі та тонкі вирубні та пробивні пуансони(L>3djнеобхідно також перевірити на поздовжній вигин. При цьому визначається допустима вільна довжина пуансонуL.
При роботі пуансону без направляючої плити згідно з формулою Ейлера:
де Р - критичне навантаження в кг, що викликає поздовжній вигин;
L-довжина вільної частини пуансону, см;
Е − модуль пружності кг/см 2 (для інструментальної сталі
Е = 2,2-10 6 кг/см 2);
Jmin - момент інерції найменшого перерізу пуансона см 4 ;
Р − зусилля вирубки в кгс;
n-коефіцієнт безпеки (для сирої сталіn=4÷5, для загартованоїn=2÷3).
При роботі пуансона з напрямною плитою
де L1-відстань від пуансонодержателя до середини товщини плити.
З урахуванням того, що формула Ейлера дійсна в умовах статичного навантаження, вводимо коефіцієнт динамічності, тоді:
Тут = 2÷3 при встановленні штампу на універсальний кривошипний прес.