При проектировании новых переходных процессов штамповки сложных по форме заготовок, изготовлении деталей из заготовок с пониженной деформируемостью необходимо выявлять области, где наиболее вероятно разрушение, определять накопленную данной частицей тела деформацию и делать полный анализ на основе уравнений Дх (Д) и Дт (Р) с применением диаграмм пластичности ер = ер (Г1) и кривых упрочнения S = S (е).
В каждом переходе определяют: а) единичную (в данном переходе) и суммарную деформацию (с начала формоизменения) e1-f; б) форму, размеры заготовки и допуски; в) удельные и полные усилия; г) рабочий (силовой) ход деформирующего инструмента и выталкивателя. Особое внимание обращают на соответствие принятых деформаций в различных точках деформируемого тела деформируемости заготовки, равномерности деформаций в различных элементах и объемах штампованной заготовки, возможности концентрации напряжений и появления растягивающих напряжений, предупреждению неустойчивости пластического течения. Невыполнение этих условий приводит к ухудшению качества продукции (короблению, снижению прочности, появлению микро и макротрещин и т. д.) и повышению нагрузок на инструмент и даже нарушению процесса производства в целом.
Устойчивость пластического течения, стойкость инструмента, надежность работы средств механизации и автоматизации зависят от правильности сочетания размеров исходных заготовок, промежуточных (по переходам) и окончательных (готовых) заготовок. Размеры исходной заготовки и заготовок по переходам, отштампованной заготовки и допуски на эти размеры зависят от геометрической формы заготовки и физической природы материалов, деформации и интенсивности упрочнения, износа инструмента, упругих деформаций (пружинения) заготовки и инструмента. При определении размеров исходной заготовки, заготовок по переходам и рабочих частей инструмента в основном исходят из формы, размеров и допусков на них. Размеры промежуточных и исходных заготовки и инструмента определяются от конечной формы в обратном порядке по отношению к процессу изготовления.
Полые детали с дном получают обычно обратным выдавливанием, а также прямым выдавливанием. Максимальные деформации и минимальную толщину стенки определяют по технологической деформируемости заготовки. Выдавливание полости характеризуется высокими удельными усилиями и сложными условиями работы пуансона. Выбор формы дна определяется эксплуатационными требованиями к конструкции детали и условиями работы пуансона. Условия работы пуансона зависят от кинематики течения металла, трения, симметрии течения металла (возможности возникновения поперечных усилий).
Наименьшую технологическую деформируемость заготовка имеет при плоской рабочей части пуансона (рис. 2.29, а), так как требуются повышенные удельные усилия и возможно образование трещины. Наиболее благоприятна, с точки зрения кинематики течения металла, сферическая форма пуансона: наименьшая высота очага деформации, наименьшая неравномерность деформации. Однако пуансоны с рабочей частью в виде сферы и конуса при выдавливании с высокими деформациями и большой относительной длиной полости создают условия для интенсивного скольжения металла, что приводит к быстрому утонению промежуточного слоя смазочного материала и подсмазочного покрытия. Эти профили чувствительны к не стационарности процесса, анизотропии заготовки, создают повышенные давления на стенки матриц. Рабочая часть пуансона имеет тенденцию к радиальному смещению, что повышает поперечные усилия на пуансон при выдавливании, растягивающие усилия при обратном ходе, увеличивает разностенность изделий. Сферические пуансоны следует применять лишь при выдавливании заготовок из сплавов с пониженной пластичностью и пониженной адгезией к инструменту (бронзы) и имеющих неглубокие полости. Профиль рабочей части пуансона в виде усеченного конуса с малой конусностью уступает сферическому по кинематике течения металла, но в наименьшей степени разрушает промежуточный слой, способствует стационарности процесса, обеспечивает наименьшую разностенность изделия, технологичен в изготовлении. Такой профиль рекомендуется для выдавливания изделий из стали и других сплавов с высокими показателями пластичности, сопротивления деформации и адгезии к инструменту. Если по условиям эксплуатации требуется форма дна изделия, не отвечающая оптимальным условиям штамповки, то предварительно осуществляют штамповку в оптимальном режиме (обычно пуансоном с рабочей частью в виде усеченного конуса), а затем окончательное фасонирование дна согласно чертежу.
Уменьшение удельных усилий при выдавливании полости достигается оптимизацией режима РТО заготовки, обеспечивающего необходимую структуру, деформации, формы и размеров рабочих частей матрицы и пуансона, сокращением потерь на трение. Как показано на рис. 2.28, оптимальная область деформаций е при выдавливании полости находится в интервале от 0,3 до 0,4. При дальнейшем повышении е, особенно более 0,5, интенсивность увеличения сопротивления деформированию возрастает. Выбор геометрических параметров инструмента определяется возможно большим снижением при устойчивом снижении. Зависимости относительного удельного усилия от относительной деформации при обратном выдавливании полости пуансонами с различной конфигурацией рабочей части показаны на рис. 2.30. Пуансоны с малой конусностью и с плоским торцом не нарушают фосфатного покрытия, сохраняют смазывающий слой заготовки, и поэтому усилие растет плавно. Пуансоны с шаровидной рабочей частью или с конусной поверхностью с углом при вершине менее 150°, хотя и обеспечивают при малых деформациях низкие удельные усилия, но при е ^ 0,6 разрушают смазывающий слой, создают условия для интенсивного скольжения металла и выдавливания смазочного материала, что приводит не только к резкому увеличению удельного усилия, но и нарушению процесса штамповки в целом из-за налипания металла на инструмент. Наиболее широко применяются пуансоны с конусной поверхностью торца и плоской площадкой в средней его части. Размеры площадки зависят от диаметра рабочей части пуансона, а угол при вершине конической части принимают 160—175°. Для снижения сил трения по цилиндрическому участку рабочей части пуансона высоту участка ограничивают образованием рабочего пояска. При уменьшении высоты пояска до 1—3 мм снижаются удельные усилия и не ускоряется износ пуансона.
