ШТАМП-ПРИБОР ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЛИСТОВОГО МАТЕРИАЛА НА ПРУЖИНЕНИЕ И ПРЕДЕЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРИ ЧЕТЫРЕХУГЛОВОЙ ГИБКЕ С ПРИЖИМОМ КРАЕВ ОБРАЗЦА (ВАРИАНТЫ)
STAMPING DEVICE FOR TESTING OF SHEET MATERIAL FOR SPRING ACTION AND LIMIT DEFORMATION AT QUADRANGLE BENDING WITH SAMPLE EDGE CLAMPS (OPTIONS)

Изобретение относится к листовой штамповке и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для оценки параметров деформирования и штампуемости различных листовых материалов (металлов и неметаллов) при проектировании технологических процессов изготовления разнообразных деталей и изделий из этих листовых материалов, преимущественно для оценки штампуемости материалов из листового проката металла (в виде листа, полосы, ленты или рулона) перед гибкой и вытяжкой из этих материалов деталей автомобилей, тракторов, сельхозмашин, бытовой и другой техники на прессах простого, двойного и тройного действий, а также на многопозиционных прессах-автоматах, например, для гибки и вытяжки кузовных деталей автомобилей.
Известен прибор для технологического испытания листового материала на пружинение после загиба угла листового материала, например угла верхнего не прижатого листа в пачке листов при помощи прибора "Flex" (Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Л.: Машиностроение, 1979. - С.495). Прибор "Flex" устанавливается полкой на лист так, чтобы угловой конец листа вошел в прорезь планки. Поворотом скобы угол листа загибается на 60 градусов до определенного положения. Упругое смещение пластины отмечается индикатором. Прибор снабжается таблицами упругих отклонений для различных материалов и толщин.
Недостатки этого прибора следующие. Низкие точность и надежность результатов испытания, т.к. прибор невозможно точно зафиксировать в углу листа. Когда после гибки угла этот угол обратно выпрямляется, то в месте изгиба остается неровность, которая может осложнить последующее изготовление деталей из этого листа. Невозможность вручную изогнуть угол достаточно толстого листа. Изгиб листа при помощи данного прибора не соответствует производственным способам гибки листа при помощи пуансона и матрицы штампа.
Известен прибор для технологического испытания листового материала на пружинение при гибке по Эйлеру (Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Л.: Машиностроение, 1979. - С.495). В прибор вставляется полоса в виде образца из листового материала. Далее производится изгиб этой полосы, вставленной в паз поворотно-сменного пуансона прибора с заданным отношением радиуса пуансона к толщине полосы. По шкале отсчитывается угол пружинения для различных отношений радиуса пуансона к толщине полосы и различных углов изгиба.
Недостатки этого прибора следующие. Низкая точность результатов испытания, т.к. угол определяется визуально по грубой шкале в градусах. Невозможность вручную изогнуть образец из достаточно толстого листа. Изгиб листа при помощи данного прибора не соответствует производственным способам гибки листа при помощи пуансона и матрицы штампа.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому штампу-прибору (по технической сущности и достигаемому эффекту) является прибор для технологического испытания листового материала на пружинение А.Е.Розенбелова (Розенбелов А.Е. Прибор для испытания листового материала на пружинение. Авторское свидетельство СССР 296023, G01N 3/26а, опубл. 12.11.71, бюллетень №8). В этот прибор вставляется полоса в виде образца из листового материала. Далее производится изгиб этой полосы вокруг пуансона с заданным отношением радиуса изгиба к толщине полосы. После освобождения полосы по шкале отсчитывается угол пружинения для различных отношений радиуса изгиба к толщине полосы и различных углов изгиба.
Недостатки этого прибора следующие. Низкая точность результатов испытания, т.к. угол определяется визуально по грубой шкале в градусах. Невозможность вручную изогнуть образец из достаточно толстого листа. Изгиб листа при помощи данного прибора не соответствует производственным способам гибки листа при помощи пуансона и матрицы штампа.
Целью изобретения является разработка нового штампа-прибора для технологического испытания листового материала на пружинение и предельные параметры при четырехугловой гибке с прижимом краев образца, в большей мере (чем известные способы) соответствующего схеме деформирования и формоизменения заготовки в производственных условиях на операциях гибки и вытяжки разнообразных деталей и позволяющего более строго определить пригодность материала для штамповки деталей повышенной точности на данных операциях.
Поставленная цель достигается тем, что для испытания листового материала на пружинение и предельные параметры при четырехугловой гибке с прижимом краев образца использован специальный штамп-прибор.
p
m
Штамп-прибор содержит закрепленный на верхней плите 14 прямоугольный пуансон 4 с плоским торцом и двумя закругленными рабочими кромками радиуса r, закрепленные на нижней плите 15 через промежуточную плиту 6 две матрицы 2, 11 с закругленными рабочими кромками радиуса r на расстоянии зазора z с каждой стороны от пуансона, два прижима 3, 12 для прижима краевых частей образца. Зазор "у" между матрицами и прижимами обеспечивают прокладками 5, 13.
Для уменьшения отрицательного воздействия на результат испытания сил трения между рабочими поверхностями матриц и прижимов и поверхностями образца в процессе его перемещения во время испытания величина этого зазора "у" должна быть гарантированно больше номинальной толщины образца s с учетом верхнего предельного отклонения Δ. Однако зазор должен быть минимальным, чтобы угол гибки был как можно ближе к прямому углу в 90°. Наименьший предельный зазор "у" задают на 5% больше наибольшей предельной толщины образца s+Δ, а именно у=1,05(s+Δ). Наибольший предельный зазор "у" задают на 20% больше наибольшей предельной толщины образца s+Δ, а именно у=1,2(s+Δ).
Для соединения прижимов 3, 12 и прокладок 5, 13 с матрицами 2, 11 применены болты 17 с гайками 18 и шайбами 19; для равномерного прижима гайки 18 затягивают динамометрическим ключом. Под матрицами на уровне середин полок полностью изогнутого образца установлены два индикатора 7, 9 с горизонтальными осями и началом отсчета от касательной к наружному контуру полки образца (фиг.1). Эти два индикатора 7, 9 служат для измерения прогиба полок образца от этой касательной до наружного контура полки образца в любой момент испытания до разгрузки образца. Внутри пуансона 4 по его оси симметрии установлен индикатор 8 с вертикальной осью с началом отсчета от горизонтальной плоскости торца пуансона. Для прижима изогнутого и разгруженного образца к пуансону снизу установлены подпружиненные толкатели 16.
На фиг.1 показаны два этапа гибки образца в штампе-приборе:
I - начало изгиба плоского образца 1, показанного пунктирной линией, пуансоном шириной "р";
р
m
m
II - конец изгиба левой и правой полок образца по двум закругленным кромкам пуансона радиуса r и двум закругленным кромкам матриц радиуса r на максимальные углы, близкие к 90° и равные соответственно 90° - γ и 90° - ω; левый и правый края образца не доходят до закруглений двух матриц радиуса r; в этот момент полки образца отклонены от вертикали в зазоре z между пуансоном и двумя матрицами на исходные углы γ и ω.
Штамп-прибор работает следующим образом. Плоский образец 1 в виде узкой длинной полосы толщиной s, шириной b и длиной L укладывают на рабочие поверхности двух матриц 2, 11 симметрично относительно вертикальной оси штампа-прибора. Затем на прессе, испытательной машине или вручную задают вертикальное перемещение или только одному пуансону, или только матрицам, или и пуансону и матрицам навстречу друг другу. Рабочие поверхности пуансона и матрицы входят в контакт с образцом и постепенно с увеличивающимся углом изгибают образец вокруг закруглений пуансона и матриц в зазор z между пуансоном и матрицами, оставляя в конце испытания плоскими края образца. По мере изгиба образца боковые поверхности двух изогнутых полок образца касаются двух индикаторов 7, 9 с горизонтальным осями, которые показывают прогибы полок образца после изгиба частиц образца при перемещении на закругления матриц и после спрямления частиц образца при сходе их с матриц. Чтобы в начальный момент гибки образец не смещался по отношению к пуансону и оставался в контакте с пуансоном, его поддерживают снизу подпружиненными толкателями 16. Сила, с которой толкатели воздействуют на образец, небольшая, чтобы не вызвать деформирование образца.
Процесс изгиба образца прекращают, когда ход пуансона h станет равным заданной величине, высота изогнутого образца будет равна h+s, а края образца останутся не изогнутыми и плоскими. По формуле
рассчитывают одинаковые исходные углы γ и ω отклонения левой и правой полок образца от вертикали в зазоре z между пуансоном и матрицами при максимальном угле изгиба. Если зазор z слева и справа от пуансона различен, то по формуле (1) для каждого значения зазора z рассчитывают разные исходные углы γ и ω.
По индикаторам 7, 9 определяют исходные прогибы полок образца  и  после их изгиба и спрямления при перемещении во время испытания по закругленной кромке матрицы до разгрузки. По индикатору 8 внутри пуансона 4 определяют исходный прогиб δ' участка образца под торцом пуансона.
Образец вынимают из штампа-прибора. Образец разгружается, и под воздействием упругих деформаций его изогнутые полки начинают расходиться в четырех углах, как показано на фиг.2. Образец укладывают в контрольное приспособление и при помощи измерительных приборов определяют углы β и ϕ отклонения полок образца от вертикали, углы λ и η отклонения краев образца от горизонтали, прогибы полок образца после разгрузки ,  и прогиб образца под торцом пуансона δ''.
Окончательно два угла пружинения α и φ двух полок образца толщиной s, шириной b и длиной L после изгиба по закругленным кромкам пуансона и матриц на углы, близкие к 90° и равные соответственно 90° - γ и 90° - ω, рассчитывают по формулам
1
2
Действительные прогибы δ, δ у обоих полок образца после их изгиба и спрямления при перемещении во время испытания по закругленной кромке матрицы и после разгрузки рассчитываются по формулам
Действительный прогиб образца δ под торцом пуансона равен
В безразмерных переменных относительные углы пружинения образца  и  рассчитывают как отношение угла пружинения к углу изгиба по формулам
1
2
В безразмерных переменных относительные прогибы δ, δ у обоих полок образца рассчитывают по формулам
Относительный прогиб δ участка образца под торцом пуансона рассчитывают по формуле
На производстве, при проектировании технологических процессов листовой штамповки деталей, из рассчитанных в результате испытания двух углов пружинения  и  для двух симметричных полок образца, а также двух прогибов  и  для этих же полок образца учитывают либо максимальное значение, либо минимальное, либо среднее в зависимости от технических условий на деталь.
min
min
max
max
max
max
Чтобы изгиб образца происходил без его принудительного утонения, зазор z между пуансоном и каждой из матриц должен быть равен или больше номинальной толщины образца s с учетом верхнего предельного отклонения Δ. Наименьший предельный зазор z задают равным наибольшей предельной толщине образца s+Δ, а именно z=s+Δ. Наибольший предельный зазор z должен быть минимальным, чтобы угол гибки был как можно ближе к прямому углу в 90°. Величина наибольшего предельного зазора z зависит от толщины и марки материала образца, длины отгибаемых полок и других факторов. Для наиболее распространенных толщин и материалов наибольший предельный зазор z задают на 20% большим наибольшей предельной толщины образца s+Δ, а именно z=1,2(s+Δ). Если испытывают образец с действительной толщиной s+Δ в штампе-приборе с действительным зазором s+Δ, то углы гибки полок образца равны ровно 90°. Если длина отгибаемых полок достаточно велика, например равна 100 номинальным толщинам образца, то даже для наибольшего предельного зазора углы гибки полок образца весьма близки к 90°, и с погрешностью до 0,2% принимают, что исходные углы γ и ω отклонения полок образца от вертикали равны нулю, а углы гибки обоих полок образца равны 90°.
m
p
По варианту 2 (фиг.3) прижимы 3, 12 оперты через толкатели 17 на пружины штампа-прибора или подушку пресса, и образец укладывают не на матрицы, а на эти прижимы 3, 12. Штамп-прибор содержит расположенные вверху две матрицы 2, 11 с закругленными рабочими кромками радиуса r, расположенный внизу на расстоянии зазора z от каждой матрицы прямоугольный пуансон 4 с плоским торцом и двумя закругленными рабочими кромками радиуса r и два прижима 3, 12 краевых частей образца. Зазор между матрицами и прижимами обеспечивают прокладками 5, 13 толщиной, большей номинальной толщины образца с учетом верхнего предельного отклонения. Штамп-прибор оснащен двумя индикаторами 7, 9 с горизонтальным осями на расстоянии "а" по вертикали вверх от рабочих поверхностей двух матриц 2, 11 и началом отсчета от касательной к наружному контуру полки образца (фиг.3). Внутри пуансона 4 по его оси симметрии размещают третий индикатор 8 с вертикальной осью. Начало отсчета этого индикатора устанавливают от горизонтальной плоскости торца пуансона 4. Штамп-прибор работает следующим образом. Из испытуемого материала (в виде листа, полосы, рулона или ленты) вырезают плоский образец 1 в виде узкой длинной полосы толщиной s, шириной b и длиной L. Образец 1 укладывают на прижимы 3, 12. Затем проводят испытание и измеряют испытанный образец (фиг.4) аналогично тому, как делают по варианту 1.
Аналогично по этим вариантам за счет изменения зазора между пуансоном и матрицами и хода пуансона или матриц изменяют угол изгиба полок образца и определяют такой предельный параметр, как максимально допустимый до трещины угол изгиба. За счет использования наборов пуансонов и матриц с различными радиусами и кривыми закруглений определяют такой предельный параметр, как минимально допустимый до трещины радиус изгиба. Если требуется определить вид трещины и характер излома в месте разрушения образца, то за счет указанных факторов доводят образец до его полного разрушения.
Все варианты данного штампа-прибора соответствуют производственным штампам для гибки листового материала при помощи пуансона, матрицы и прижимов и позволяют с высокой точностью определить угол пружинения и предельные параметры гибки. Использование для проведения испытания мощного прессового оборудования дает возможность применять образцы большой толщины и ширины, изготовленные из высокопрочных листовых материалов.