W moich badaniach nad obróbką metali i wytwarzaniem często spotykam się z krytycznym aspektem Siła uderzenia Obliczenia. Zrozumienie, jak dokładnie obliczyć siłę uderzenia, jest kluczowe dla zapewnienia wydajności i bezpieczeństwa operacji. Określając odpowiednią siłę uderzenia wymaganą dla różnych zastosowań, możemy zoptymalizować wydajność, zmniejszyć straty materiału i wydłużyć żywotność naszych narzędzi. W tym artykule podzielę się spostrzeżeniami na temat metod i czynników wpływających na siłę uderzenia, pomagając Ci podejmować świadome decyzje w Twoich projektach. Przyjrzyjmy się bliżej obliczeniom leżącym u podstaw tego istotnego procesu.

Są przypadki, w których występują problemy, takie jak dziurkacz pęknięcie końcówki i pęknięcie kołnierza następuje podczas operacji dziurkowania.

Często przyczyną tego problemu jest brak danych technicznych dotyczących części standardowych lub błąd w doborze materiału lub kształtu narzędzia wykrawającego. Aby zmniejszyć częstotliwość występowania tego typu problemów, w niniejszym dokumencie przedstawiono normy dotyczące prawidłowego użytkowania stempli, uwzględniające takie czynniki, jak wytrzymałość zmęczeniowa stali narzędziowej i koncentracja naprężeń na kołnierzach.

1. Obliczanie siły uderzenia

● Siła uderzenia P［kgf］

P＝ ℓtτ… ………（1）ℓ : Długość profilu dziurkowania ［mm］（W przypadku dziurkacza okrągłego, ℓ＝πd）t : Grubość materiału ［mm］

τ: Odporność materiału na ścinanie (kgf/mm2) (τ≒0,8XWytrzymałość na rozciąganieσB)

［Przykład 1］ Maksymalna siła przebicia P podczas przebijania okrągłego otworu o średnicy 2,8 mm w blasze stalowej o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie o grubości 1,2 mm (wytrzymałość na rozciąganie 80 kgf/mm²) wynosi: Dla P = ℓtτ, wytrzymałość na ścinanie τ ＝0,8×80 = 64［kgf/mm²］

P = 3,14 × 2,8 × 1,2 × 64 = 675 kgf

2. Złamanie końcówki stempla

● Naprężenie przyłożone do końcówki stempla σ［kgf/mm2］

σ＝P/A P : siła nacisku, A : pole przekroju poprzecznego końcówki stempla (a ) w przypadku stempla barkowego

σs＝4 tτ/d… …………………………（2） （b ）Dla stempla wyrzutnika σJ＝4d tτ/（d2－d12）………………（3）

［Przykład 2］ Oblicz prawdopodobieństwo złamania końcówki stempla przy użyciu stempla barkowego SPAS6－50－P2.8 i stempla iniekcyjnego SJAS6－50－P2.8 (wymiar d1 = 0,7, jak pokazano na str. 186). Warunki wykrawania są takie same jak w przykładzie 1.

（a）W przypadku uderzenia barkiem, ze wzoru (2): σs = 4 × 1,2 × 64/2,8 = 110 kgf/mm2

（b）Dla stempla wyrzutnika, ze wzoru（3）:σJ＝4×2,8×1,2×64 /（2,82－0,72）＝117 kgf/mm2

Z rys. 2 wynika, że gdy σs wynosi 110 kgf/mm2, istnieje możliwość wystąpienia pęknięcia przy uderzeniu stemplem D2 przy około 9000 strzałach.

Po zmianie materiału na M2, liczba ta wzrasta do około 40 000 strzałów. W ten sam sposób można określić możliwości zastosowania stempla wyrzutowego.

Ze względu na mniejszy przekrój poprzeczny, końcówka stempla pęknie po około 5000 uderzeniach. Pęknięcie nie wystąpi, jeśli naprężenie przyłożone do stempla podczas użytkowania będzie mniejsze niż maksymalne dopuszczalne naprężenie dla danego materiału stempla. (Należy jednak traktować to jako jedynie wskazówkę, ponieważ rzeczywista wartość zmienia się w zależności od dokładności matrycy, jej konstrukcji i materiału, z którego jest wykonana, a także chropowatości powierzchni, obróbki cieplnej i innych warunków stempla).

3. Minimalna średnica wykrawania

● Minimalna średnica dziurkowania: dmin. dmin＝4tτ/σ σ: Wytrzymałość zmęczeniowa stali narzędziowej［kgf/mm2］

［Przykład 3］ Minimalna średnica wykrawania, która jest możliwa przy wykrawaniu 100 000 lub więcej strzałów w SPCC o grubości 2 mm za pomocą wykrojnika M2, jest następująca. dmin ＝4tτ/σ……………（4） ＝4×2×26/97≒2,1 mm Wytrzymałość zmęczeniowa dla M2 przy 100 000

strzały: σ＝97 kgf/mm2（z rys. 2）τ ＝26 kgf/mm2（z tabeli 1）

4. Złamanie spowodowane wyboczeniem

● Obciążenie wyboczeniowe P［kgf］ P＝nπ2EI/ℓ2 ………………（5） ℓ＝√ nπ2EI/P ………………（6） n : Współczynnik n＝1 : Bez prowadnicy zgarniającej

n = 2: Z prowadnicą zdzierającą I: Drugi moment bezwładności (a mm4) W przypadku dziurkacza okrągłego, I = πd4/64 ℓ: Długość końcówki dziurkacza (mm)

E: Moduł Younga［kgf/mm2］ D2: 21000 M2: 22000 HAP40: 23000 V30: 56000

Zgodnie ze wzorem Eulera, kroki, które można podjąć w celu poprawy wytrzymałości na wyboczenie P, obejmują zastosowanie prowadnicy zgarniającej, zastosowanie materiału o większym module Younga (SKD→SKH→HAP) oraz skrócenie końcówki stempla. Obciążenie wyboczeniowe P oznacza obciążenie w momencie wyboczenia i pęknięcia stempla. Przy wyborze stempla należy zatem uwzględnić współczynnik bezpieczeństwa 3–5. Wybierając stempel do wybijania małych otworów, należy zwrócić szczególną uwagę na obciążenie wyboczeniowe i naprężenia przyłożone do stempla.

［Przykład 4］Oblicz całkowitą długość stempla, który nie spowoduje wyboczenia, gdy otwór φ8 zostanie wybity w stali nierdzewnej 304 (grubość blachy 1 mm, wytrzymałość na rozciąganie σb ＝60 kgf/mm2) za pomocą stempla prostego (D2). Ze wzoru (6): ℓ ＝√ nπ2EI/P＝√ 2×π2×21000× 201/1206＝262 mm Jeśli współczynnik bezpieczeństwa wynosi 3, to ℓ＝262/3＝87 mm Jeśli grubość blachy perforowanej t wynosi 20 mm, wyboczeniu można zapobiec, stosując stempel o całkowitej długości 107 mm lub mniejszej. W przypadku dziurkacza bazującego na płycie zgarniającej (końcówka płyty dziurkacza prowadzona jest przez luz), całkowita długość powinna wynosić 87 mm lub mniej.

［Przykład 5］ Obciążenie wyboczeniowe P przy zastosowaniu stempla SHAL5－60－P2.00－BC20 bez prowadnicy zdzierającej jest następujące.

P ＝nπ2EI/ℓ2＝1×π2×22000×0,785/202＝426 kgf

  Jeżeli współczynnik bezpieczeństwa wynosi 3, wówczas P = 426/3 = 142 kgf. Wyboczenie nie wystąpi przy sile przebijającej wynoszącej 142 kgf lub mniejszej.