Описанная инструментальная оснастка смонтирована на прессах для точной штамповки «Файнтоол» (Швейцария). Проведены успешные опыты по пробивке отверстий диаметром d — 1,5 мм в листовой стали толщиной 5 мм, а также диаметром d = 4 мм в листовой стали СтЗ толщиной 13 мм и при твердости пуансона HRC 61—63. Исследования показали, что полученные размеры отверстий соответствуют 2—3-му классу точности при шероховатости Ra = 0,16-г-0,38 мкм и в отдельных случаях R — 0,04 мкм. Некоторые особенности пробивки отверстий с отношением s/d > 1. В процессе пробивки отверстий с отношением s/d > 1 условия работы пуансона наиболее неблагоприятны, что вызвано большими напряжениями, возникающими по его сечению. Взаимосвязь между напряжением в пуансоне и диаметром пробиваемых отверстий для различных толщин листового материала представлена на рис. 7.13. Графические зависимости получены на основании расчета по следующей формуле: р = 4sr0/d, (7.12) где р. — напряжение сжатия пуансона при равномерном распределении нагрузки в его поперечном сечении; т0 — предел прочности на срез. На основании анализа полученных закономерностей можно сделать вывод о том, что с уменьшением диаметра пробиваемого отверстия и увеличением толщины листового материала напряжения в пуансоне резко возрастают и превышают допустимый предел (300—350 МПа). В качестве меры для повышения стойкости пуансона возможно использование направляющих элементов, обеспечивающих в процессе его работы схему всестороннего сжатия, что подтверждено результатами эксплуатации штампа для точной пробивки отверстий (см. рис. 7.11). В процессе пробивки отверстия усилие деформирования является переменной величиной, однако при расчетах используется только максимальное его значение, что не позволяет более точно проанализировать стадийность процесса образования отверстия. Для более точного выяснения механизма деформации и разрушения в зоне среза в зависимости от изменения усилий нагружения на пуансон были исследованы следующие факторы: усилие на пуансоне во время отрезки; W — глубина проникновения пуансона в заготовку; т — время процесса пробивки.
Пробивка небольших отверстий произведена штампом для точной пробивки (рис. 7.14). Использованный инструмент разработан для пресса точной штамповки «Файнтоол 100/160». Пуансон инструмента изготовлен из стали Р18 (HRC 61—63). Опыты были проведены на листовых заготовках из стали СтЗ толщиной 2,8; 3,8; 4,8; 6,8; 10,6 мм при диаметре отверстия d = 4 мм. Исследования провели на гидравлическом прессе ZD-20. Для определения усилия пробивки использовался тензодатчик сопротивления, который был установлен на нижней поверхности опоры.
Графические зависимости, полученные экспериментально, представлены на рис. 7.15—7.17.
Из графика зависимости РИ = (до) можно заключить, что в процессе деформирования максимальное усилие пробивки достигается при глубине проникновения пуансона, равной (0,4—0,5) s. Весь цикл пробивки можно разделить на три стадии. На первой стадии преобладают упругие деформации. Они характеризуются почти линейной зависимостью между силой пробивки и глубиной вдавливания пуансона. Вторая стадия характеризуется развитием пластической деформации, начинающейся в зонах около режущих кромок пуансона и матрицы. Эти зоны расширяются до тех пор, пока возникнут напряжения, достаточные для образования линий сдвига, поле которых расширяется с развитием процесса. На третьей стадии обеспечиваются срез и разделение металла. Рис. 7.16 показывает, что характер кривой РП = / (т) сохраняется при изменении толщины пробиваемого материала. Время достижения максимального усилия пробивки находится в пределах (0,85—0,90) т, а продолжительность действия максимальной нагрузки незначительна. Скорость изменения усилия пробивки на третьей стадии значительно выше, чем на первых двух стадиях.
На кривых, представленных на рис. 7.17, можно выделить три характерных участка. Первый участок в начале процесса имеет линейный характер в результате упругих деформаций. Согласно закону Гука существует линейная зависимость. Второй участок имеет нелинейный характер за счет развития пластической деформации. Третий участок линейный. Он характеризует срез и отделение отходов от детали.
Определение удельного усилия и усилия пробивки отверстий при соотношении s/d. При определении удельного усилия чаще всего принимают, что напряжение.
Из можно определить удельное усилие на пуансон. Величина 1 — t/s определяется в зависимости от отношения. На основании расчета по формулам для заготовок с отношением s/d построены зависимости удельного усилия на пуансон при пробивке листовой заготовки из стали от ее толщины. Анализ полученных результатов показывает, что с увеличением толщины заготовки удельное усилие возрастает и в отдельных случаях превышает допустимое усилие на пуансон. Причем экспериментальные данные по изменению удельного усилия (рис. 7.19, кривая 6) занимают промежуточное значение. Усилие пробивки наиболее точно можно определить по формуле Е. А. Попова где 1 — длина контура пробиваемого отверстия; s — толщина заготовки; w — глубина внедрения пуансона в заготовку; ш — относительное сужение.
Однако перечисленные выше формулы не позволяют определить усилие пробивки для заготовок с отношением так как в них не учитывается влияние контактных сил трения, и в этом случае используют следующее уравнение: где I—коэффициент трения; — нормальное напряжение. Это уравнение отличается от уравнения Е. А. Попова (7.20) добавлением составляющей, учитывающей контактные силы трения.
