способ испытания листового материала на пружинение и предельные параметры при четырехугловой гибке с прижимом краев образца (варианты)

Формула изобретения

1. Способ испытания листового материала на пружинение и предельные параметры при четырехугловой гибке с прижимом краев образца, включающий укладку плоского образца в устройство, гибку и разгрузку образца и определение угла пружинения образца, отличающийся тем, что изгиб двух полок образца осуществляют на угол, равный или близкий к 90°, для испытания в качестве устройства используют штамп-прибор с расположенным вверху прямоугольным пуансоном с плоским торцом и двумя закругленными рабочими кромками радиуса r_p, с расположенными внизу на расстоянии зазора z с каждой стороны от пуансона двумя матрицами с закругленными рабочими кромками радиуса r_m, двумя прижимами краевых частей образца, зазор между матрицами и прижимами обеспечивают прокладками толщиной, большей номинальной толщины образца с учетом верхнего предельного отклонения, двумя индикаторами с горизонтальными осями под матрицами на уровне середин полок изогнутого образца для измерения прогиба каждой полки образца в любой момент испытания до разгрузки образца, начало отсчета каждого индикатора устанавливают от касательной к наружному контуру соответствующей полки образца, индикатором с вертикальной осью внутри пуансона по его оси симметрии, начало отсчета этого индикатора устанавливают от горизонтальной плоскости торца пуансона, плоский образец в виде узкой длинной полосы толщиной s, шириной b и длиной L, складывающейся из длины под плоским торцом пуансона р-2r_p, длины напротив двух радиусных закруглений пуансона 2(r _p+s/2) /2 по средней линии образца, длины двух полок изогнутого образца 21, длины напротив двух радиусных закруглений матрицы 2(r_m+s/2) /2 по средней линии образца и длины не изогнутых краев образца 2m, укладывают на рабочие поверхности двух матриц 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 матриц входят в контакт с образцом и постепенно с увеличивающимся углом изгибают одни участки образца вокруг закругления пуансона радиуса r_p, а другие участки образца изгибают вокруг закругления матрицы радиуса r_m, перемещают эти участки по закруглению и спрямляют при сходе с этого закругления в два зазора между пуансоном и матрицами, величина каждого из этих зазоров равна или больше номинальной толщины образца с учетом верхнего предельного отклонения, 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 = =arctg[(z-s)/(h-r_p-r _m-s)] рассчитывают одинаковые исходные углы и отклонения левой и правой полок образца от вертикали в зазоре z между пуансоном и матрицами при максимальном угле изгиба, по двум индикаторам с горизонтальными осями определяют исходные прогибы полок образца и после их изгиба и спрямления при перемещении по закругленной кромке матрицы до разгрузки, по индикатору внутри пуансона определяют исходный прогиб 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, образец укладывают в контрольное приспособление и при помощи измерительных приборов определяют углы и отклонения полок образца от вертикали, углы и отклонения плоских краев образца от горизонтали, прогибы полок образца после разгрузки , и прогиб образца под торцом пуансона , окончательно, два угла пружинения и 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° - и 90° - , рассчитывают по формулам = - , = - , действительные прогибы ₁, ₂ у обоих полок образца после их изгиба и спрямления при перемещении во время испытания по закругленной кромке матрицы и после разгрузки рассчитывают по формулам , , а действительный прогиб образца 8 под торцом пуансона рассчитывают по формуле = - .

2. Способ испытания листового материала на пружинение и предельные параметры при четырехугловой гибке с прижимом краев образца, включающий укладку плоского образца в устройство, гибку и разгрузку образца и определение угла пружинения образца, отличающийся тем, что для испытания в качестве устройства используют штамп-прибор с расположенным внизу прямоугольным пуансоном с плоским торцом и двумя закругленными рабочими кромками радиуса r _p, с расположенными вверху на расстоянии зазора z с каждой стороны от пуансона двумя матрицами с закругленными рабочими кромками радиуса r_m, двумя прижимами краевых частей образца, зазор между матрицами и прижимами обеспечивают прокладками толщиной, большей номинальной толщины образца с учетом верхнего предельного отклонения, прижимы опирают через толкатели на пружины или подушку пресса, двумя индикаторами с горизонтальными осями над матрицами на уровне середин полок изогнутого образца для измерения прогиба каждой полки образца в любой момент испытания до разгрузки образца, начало отсчета каждого индикатора устанавливают от касательной к наружному контуру соответствующей полки образца, индикатором с вертикальной осью внутри пуансона по его оси симметрии, начало отсчета этого индикатора устанавливают от горизонтальной плоскости торца пуансона, плоский образец в виде узкой длинной полосы толщиной s, шириной b и длиной L укладывают на прижимы симметрично относительно вертикальной оси штампа-прибора, затем проводят испытание по варианту 1.

Описание изобретения к патенту

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 способ 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° до определенного положения. Упругое смещение пластины отмечается индикатором. Прибор снабжается таблицами упругих отклонений для различных материалов и толщин.

Недостатки этого способа 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 способ 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 способа 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 способу (по технической сущности и достигаемому эффекту) является способ технологического испытания листового материала на пружинение А.Е.Розенбелова (Розенбелов А.Е. Прибор для испытания листового материала на пружинение. Авторское свидетельство СССР 296023, G01N 3/26, 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 способа 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 способа 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 плоский образец в виде узкой длинной полосы укладывают в штамп-прибор, прижимают его края, изгибают его в отверстие между двумя матрицами при помощи пуансона не на проход, а оставляя края образца плоскими и не изогнутыми, и с помощью трех индикаторов определяют параметры пружинения образца в процессе гибки. На фиг.1 показаны два этапа гибки образца в штампе-приборе:

I - начало изгиба плоского образца 1, показанного пунктирной линией, пуансоном шириной "р";

II - конец изгиба левой и правой полок образца по двум закругленным кромкам пуансона радиуса r_p и двум закругленным кромкам матриц радиуса r_m на максимальные углы, близкие к 90° и равные соответственно 90° - и 90° - ; левый и правый края образца не доходят до закруглений двух матриц радиуса r_m; в этот момент полки образца отклонены от вертикали в зазоре z между пуансоном и двумя матрицами на исходные углы и .

Способ осуществляется 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, складывающейся из длины под плоским торцом пуансона р-2r_p, длины напротив двух радиусных закруглений пуансона 2(r_р+s/2) /2 по средней линии образца, длины двух полок изогнутого образца 21, длины напротив двух радиусных закруглений матрицы 2(r_m+s/2) /2 по средней линии образца и длины оставшихся плоскими не изогнутых краев образца 2m. Для статистической обработки результатов испытания таких образцов вырезают несколько штук (например, шесть), причем образцы могут быть вырезаны вдоль направления прокатки, поперек или под каким-то углом (например, 45°) к направлению прокатки. Данный способ может быть применен не только для испытания листового материала, но и для физического моделирования заданного технологического процесса гибки. В последнем случае целесообразно выдержать постоянство следующих безразмерных параметров процесса и испытания: r_р/s, r_m /s, b/s, p/s, l/s, L/s, m/s, , где - коэффициент трения, выбираемый по справочной литературе. Листовой материал модели (образца) и натуры (изгибаемой детали) должен обладать одинаковыми упругими и пластическими свойствами. После такого моделирования оценивается возможность гибки детали с заданными по чертежу отклонениями и параметрами точности. По данному способу можно испытать материал нескольких марок и толщин с различными механическими свойствами и выбрать наиболее подходящий металл с минимальным пружинением. В этом случае необходимо задаться определенными размерами образца и штампа-прибора и оценивать пружинение по результатам следующего испытания.

Для испытания в качестве устройства используют штамп-прибор с расположенными внизу двумя матрицами 2, 11 с закругленными рабочими кромками радиуса r_m, с расположенным вверху на расстоянии зазора z от каждой матрицы прямоугольным пуансоном 4 с плоским торцом и двумя закругленными рабочими кромками радиуса r _р и двумя прижимами 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 гарантировано больше номинальной толщины образца s с учетом верхнего предельного отклонения . 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+ , а именно у=1,05(s+ ). Наибольший предельный зазор "у" задают на 20% больше наибольшей предельной толщины образца s+ , а именно у=1,2(s+ ).

Под матрицами на уровне середин полок полностью изогнутого образца устанавливают 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 размещают третий индикатор 8 с вертикальной осью. Начало отсчета этого индикатора устанавливают от горизонтальной плоскости торца пуансона 4. Точность изготовления штампа-прибора - повышенная.

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 плоскими, равными заданной длине m. По формуле

рассчитывают одинаковые исходные углы и 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 и .

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 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 и отклонения полок образца от вертикали, углы и отклонения краев образца от горизонтали, прогибы полок образца после разгрузки , и прогиб образца под торцом пуансона ''.

Окончательно, два угла пружинения и 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° - и 90° - , рассчитывают по формулам

,

Действительные прогибы ₁, ₂ 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 под торцом пуансона равен

В безразмерных переменных относительные углы пружинения образца и рассчитывают как отношение угла пружинения к углу изгиба по формулам

,

В безразмерных переменных относительные прогибы ₁, ₂ у обоих полок образца рассчитывают по формулам

,

Относительный прогиб 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.

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 . Наименьший предельный зазор z_min задают равным наибольшей предельной толщине образца s+ , а именно z_min=s+ . Наибольший предельный зазор z_max должен быть минимальным, чтобы угол гибки был как можно ближе к прямому углу в 90°. Величина наибольшего предельного зазора z_max зависит от толщины и марки материала образца, длины отгибаемых полок и других факторов. Для наиболее распространенных толщин и материалов наибольший предельный зазор z_max задают на 20% большим наибольшей предельной толщины образца s+ , а именно z_max=1,2(s+ ). Если испытывают образец с действительной толщиной s+ в штампе-приборе с действительным зазором s+ , 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 и отклонения полок образца от вертикали равны нулю, а углы гибки обоих полок образца равны 90°.

По варианту 2 (фиг.3) образец укладывают не на матрицы, а на прижимы, и способ осуществляется 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_m, с расположенным внизу на расстоянии зазора z от каждой матрицы прямоугольным пуансоном 4 с плоским торцом и двумя закругленными рабочими кромками радиуса r_p и двумя прижимами 3, 12 краевых частей образца. Зазор между матрицами и прижимами обеспечивают прокладками 5, 13 толщиной, большей номинальной толщины образца с учетом верхнего предельного отклонения. Прижимы 3, 12 опирают через толкатели 17 на пружины штампа-прибора или подушку пресса. Штамп-прибор оснащают 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 касательной к наружному контуру стенки 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.

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 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 полного разрушения.

Все варианты данного способа испытания соответствуют производственным процессам гибки листового материала при помощи пуансона, матрицы и прижимов штампа 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.