ШТАМП-ПРИБОР ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЛИСТОВОГО МАТЕРИАЛА НА ПРУЖИНЕНИЕ И ПРЕДЕЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРИ ДВУХУГЛОВОЙ ГИБКЕ С ПРИЖИМОМ КРАЕМ ОБРАЗЦА (ВАРИАНТЫ)
PUNCH-DEVICE FOR SHEET MATERIAL SPRING ACTION TESTING AND ULTIMATE PARAMETRES AT DOUBLE-ANGLE BENDING WITH SAMPLE EDGE HOLDING DOWN (VERSIONS)

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 3/26a, 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 двухугловой 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 в для испытания листового материала на пружинение и предельные параметры при двухугловой 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 и ограничения их подъема. 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 двух краев полностью изогнутого образца установлены два индикатора 7, 9 с горизонтальными осями на расстоянии "а" по вертикали вниз от рабочих поверхностей двух матриц и началом отсчета от двух вертикальных линий рабочих краев двух матриц. Внутри пуансона 4 по его оси симметрии установлен индикатор 8 с вертикальной осью с - начало отсчета от горизонтальной плоскости торца пуансона. Для прижима изогнутого и разгруженного образца к пуансону снизу установлены подпружиненные толкатели 16. Плоский образец 1 в виде узкой длинной полосы укладывают в штамп-прибор, изгибают его на проход в отверстие между двумя матрицами 2, 11 при помощи пуансона 4 и при помощи трех индикаторов 7, 8, 9 определяют параметры пружинения образца после разгрузки.
На фиг.1 показаны три этапа гибки образца в штампе-приборе:
I - начало изгиба плоского образца 1, показанного пунктирной линией, пуансоном шириной "р";
m
p
II - момент изгиба, когда левый и правый края образца 1, показанного пунктирной линией, одновременно касаются нижних точек закругленных кромок двух матриц радиуса r после изгиба от горизонтали по двум закругленным рабочим кромкам пуансона радиуса r на максимальные углы, близкие к 90° и равные соответственно 90° - γ и 90° - ω; в этот момент левая и правая полки образца отклонены от вертикали в зазоре z между пуансоном и двумя матрицами на исходные углы γ и ω;
III - момент, когда оба края образца опустились на уровень горизонтальных осей двух индикаторов и стрелки этих индикаторов показывают два максимальных горизонтальных отклонения двух полок образца "с" и "d" от вертикальных линий краев двух матриц за счет пружинения образца.
p
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 под прижимами 3, 12 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 закругления пуансона радиуса r в зазор z между пуансоном и матрицей с прижимом краев образца.
В процессе изгиба образца определяют ход пуансона h в момент (этап II на фиг.1), когда оба края образца одновременно коснутся нижних точек закруглений двух матриц. 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 два края образца коснутся нижних точек радиусных закруглений матриц при различных ходах пуансона h, то по формуле (1) для каждого хода пуансона h рассчитывают разные исходные углы γ и ω.
По мере изгиба образца боковые поверхности двух изогнутых полок образца касаются двух индикаторов 7, 9 с горизонтальным осями. После опускания краев образца ниже матриц 2, 11 образец разгружается и его изогнутые полки начинают расходиться под воздействием упругих деформаций. Оба индикатора 7, 9 показывают увеличивающееся отклонение полок образца от вертикальной линии.
Чтобы образец произвольно не падал и оставался в контакте с пуансоном, его поддерживают снизу подпружиненными толкателями 16. Сила, с которой толкатели воздействуют на образец и прижимают к пуансону, небольшая, чтобы не вызвать деформирование образца.
Перемещение пуансона или матрицы прекращают в момент, когда оба края образца опустятся на уровень горизонтальных осей двух индикаторов 7, 9 и стрелки этих индикаторов будут показывать два максимальных горизонтальных отклонения двух полок образца "с" и "d" от вертикальных линий краев двух матриц за счет пружинения образца. Далее по формулам
рассчитывают углы β и ϕ отклонения образца от вертикали.
По индикатору 8 внутри пуансона 4 определяют прогиб δ участка образца под торцом пуансона.
p
Окончательно, два угла пружинения α и φ двух полок образца толщиной s и шириной b после изгиба по двум закругленным рабочим кромкам пуансона радиуса r на углы, близкие к 90° и равные соответственно 90° - γ и 90° - ω, рассчитывают по формулам
1
2
m
Далее образец вынимают из штампа-прибора и при помощи измерительных приборов определяют два прогиба δ, δ (фиг.1) у обоих полок образца после их изгиба и спрямления, при перемещении во время испытания по закругленной кромке матрицы радиуса r, и после разгрузки.
В безразмерных переменных относительные углы пружинения образца  и  рассчитывают как отношение угла пружинения к углу изгиба по формулам
В безразмерных переменных относительный прогиб δ участка образца под торцом пуансона рассчитывают по формуле
1
2
Относительные прогибы δ, δ у обоих полок образца рассчитывают по формулам
На производстве при проектировании технологических процессов листовой штамповки деталей из рассчитанных в результате испытания двух углов пружинения образца  и , а также двух прогибов  и  учитывают либо максимальное значение, либо минимальное, либо среднее в зависимости от технических условий на детали.
min
min
max
max
max
max
Чтобы изгиб образца происходил без его принудительного утонения, зазор z между пуансоном 4 и каждой из матриц 2, 11 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°.
p
За счет изменения зазора z и хода пуансона h можно изменять угол изгиба двух полок образца и определить такой предельный параметр, как максимально допустимый угол изгиба образца до образования на образце трещины. За счет изменения радиуса закругления кромки пуансона r можно определить такой предельный параметр, как минимально допустимый радиус изгиба до образования трещины на образце.
m
p
По варианту 2 (фиг.2) прижимы 3, 12 опирают через толкатели 17 на пружины штампа-прибора или подушку пресса, образец укладывают не на матрицы, а на прижимы 3, 12, и 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. Для испытания в качестве устройства используют штамп-прибор с расположенными вверху двумя матрицами 2, 11 с закругленными рабочими кромками радиуса r, с расположенным внизу на расстоянии зазора z от каждой матрицы прямоугольным пуансоном 4 с плоским торцом и двумя закругленными рабочими кромками радиуса r и двумя прижимами 3, 12 краевых частей образца. Зазор между матрицами и прижимами обеспечивают прокладками 5, 13 толщиной, равной или 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. Начало отсчета этих индикаторов устанавливают от вертикальной линии рабочего края соответствующей матрицы 2 и 11. 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. Образец 1 укладывают на прижимы 3, 12 и проводят испытание этого образца в штампе-приборе по варианту 1.
1
2
p
m
1
2
1
2
По варианту 3 (фиг.3), для определения прогибов полок δ, δ образец не вынимают из штампа-прибора, а используют встроенные в штамп-прибор два индикатора. Изгиб двух полок образца осуществляют на угол, равный или близкий к 90°. Для испытания в качестве устройства используют штамп-прибор, который содержит расположенный вверху прямоугольный пуансон 4 с плоским торцом и двумя закругленными рабочими кромками радиуса r, расположенные внизу на расстоянии зазора z с каждой стороны от пуансона две матрицы 2, 11 с закругленными рабочими кромками радиуса r, два прижима 3, 12 краевых частей образца 1. Зазор между матрицами и прижимами обеспечен прокладками 5, 13 толщиной, большей номинальной толщины образца с учетом верхнего предельного отклонения. Для соединения прижимов и прокладок с матрицами применены болты 23, шайбы 25 и гайки 24, которые затягивают динамометрическим ключом. Штамп-прибор оснащен двумя индикаторами 7, 9 с горизонтальными осями на расстоянии "а" по вертикали вниз от рабочих поверхностей двух матриц, начало отсчета этих индикаторов устанавливают от двух вертикальных линий рабочих краев двух матриц, двумя индикаторами 18, 21 с поворотными осями для измерения прогибов δ, δ двух полок образца после разгрузки, индикатором 8 с вертикальной осью внутри пуансона по его оси симметрии, начало отсчета этого индикатора устанавливают от горизонтальной плоскости торца пуансона. Штамп-прибор работает следующим образом. Плоский образец в виде узкой длинной полосы толщиной s, шириной b и длиной L укладывают на матрицы симметрично относительно вертикальной оси штампа-прибора, затем проводят испытание по варианту 1, только для определения прогибов полок δ, δ образец не вынимают из штампа-прибора, а используют встроенные в штамп-прибор два индикатора 18, 21. Перед измерениями два индикатора 18, 21 поворачивают при помощи поворотных механизмов 17, 20 на углы β и ϕ таким образом, чтобы ось каждого индикатора была перпендикулярна плоскости, касательной к изогнутой полке образца. Углы β и ϕ определяют и по встроенным в штамп-прибор транспортирам 19 и 22, и рассчитывают по формулам (2) и (3). Далее при расчете двух углов пружинения α и φ по формуле (4) используют те значения углов β и ϕ, которые определены с большей точностью для конкретных параметров образца.
m
p
1
2
По варианту 4 (фиг.4), образец укладывают не на матрицы 2, 11, а на прижимы 3, 22. Штамп-прибор содержит расположенные вверху две матрицы 2, 11 с закругленными рабочими кромками радиуса r, расположенные 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 обеспечен прокладками 5, 13 толщиной, большей номинальной толщины образца с учетом верхнего предельного отклонения. Прижимы 3, 12 оперты через толкатели 23 на пружины штампа-прибора или подушку пресса. Штамп-прибор оснащен двумя индикаторами 7, 9 с горизонтальными осями на расстоянии "а" по вертикали вверх от рабочих поверхностей двух матриц, начало отсчета этих индикаторов установлено от двух вертикальных линий рабочих краев двух матриц, и двумя индикаторами 18, 21 с поворотными осями для измерения прогибов δ, δ двух полок образца после разгрузки. Внутри пуансона 4 по его оси симметрии размещен третий индикатор 8 с вертикальной осью. Начало отсчета этого индикатора установлено от горизонтальной плоскости торца пуансона 4. Штамп-прибор работает следующим образом. Плоский образец 1 в виде узкой длинной полосы толщиной s, шириной b и длиной L укладывают на прижимы 3, 12 симметрично относительно вертикальной оси штампа-прибора. Затем проводят испытание этого образца по варианту 3.
По предыдущим вариантам параметры пружинения определяли после изгиба двух полок образца на большой угол, равный или близкий к 90°. Причем образцы должны изготавливаться из достаточно толстого листового материала, чтобы сила надавливания индикаторов на края образца после его разгрузки не деформировала образец и не вносили искажения в результаты испытания.
p
m
По варианту 5 (фиг.5), параметры пружинения образца определяют при помощи транспортиров после изгиба двух полок образца на любой угол от близкого к нулю и до 90° и для образов любой толщины, в том числе вырезанных из особо тонких листовых материалов, например толщиной меньше 0,2 мм. Штамп-прибор содержит прямоугольный пуансон 4 с плоским торцом и двумя закругленными рабочими кромками радиуса r, расположенные на расстоянии зазора z с каждой стороны от пуансона две матрицы 2, 11 с закругленными рабочими кромками радиуса r, два прижима 3, 12 краевых частей образца 1. Зазор между матрицами и прижимами обеспечен прокладками 5, 13 толщиной, большей номинальной толщины образца с учетом верхнего предельного отклонения. Для соединения прижимов и прокладок с матрицами применены болты 17, шайбы 19 и гайки 18, которые затягивают динамометрическим ключом. На пуансоне 4, вокруг закруглений которого выполняют изгиб образца, жестко закреплены два транспортира 7, 9 в виде полукруглой пластинки со шкалой для измерения углов изгиба двух полок образца и угла пружинения после разгрузки этих полок образца. Транспортиры закреплены на таком расстоянии от торца пуансона, чтобы края двух полок образца в процессе изгиба перемещались на уровне и по окружности шкал транспортиров. Начало отсчета делений по шкалам обоих транспортиров устанавливают от горизонтали. Применяют транспортиры повышенной точности с ценой деления, например, 0,5 градуса. Внутри пуансона 4 размещен индикатор 9 с вертикальной осью по оси симметрии пуансона; начало отсчета этого индикатора устанавливают от горизонтальной плоскости торца пуансона.
p
1
2
3
4
p
1
2
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 от горизонтали изгибают образец вокруг закругления пуансона радиуса r в зазор между пуансоном и матрицей. Величина этого зазора подбирается с учетом изгиба двух полок образца на заданный угол. В процессе изгиба образца в момент, когда оба края образца коснутся нижних точек закруглений двух матриц, по двум транспортирам 7, 9 определяют угол изгиба θ от горизонтали для левой полки и угол изгиба θ для правой полки образца. После опускания краев образца ниже матриц образец разгружается и его изогнутые полки начинают пружинить и расходиться под воздействием упругих деформаций образца. Перемещение пуансона или матрицы прекращают в момент, когда оба края образца выйдут из контакта со штампом-прибором. По двум транспортирам определяют угол θ от горизонтали для левой полки образца и угол θ для правой полки образца. По индикатору 8, расположенному внутри пуансона 4, определяют прогиб δ участка образца под торцом пуансона. Окончательно два угла пружинения α и φ двух полок образца толщиной s и шириной b после изгиба по двум закругленным рабочим кромкам пуансона радиуса r на угол θ от горизонтали для левой полки и θ для правой полки образца рассчитывают по формулам
Все варианты данного штампа-прибора соответствуют производственным штампам для гибки листового материала при помощи пуансона, матриц и прижимов и позволяют с высокой точностью определить угол пружинения и такие предельные параметры, как максимально допустимый угол изгиба и минимально допустимый радиус изгиба до образования трещины на образце, а также вид трещины и характер разрушения материала после изгиба.
Штамп-прибор устанавливают на мощное прессовое оборудование, что дает возможность испытывать образцы большой толщины и ширины, изготовленные из высокопрочных листовых материалов.