Анализ особенностей технологических расчетов при вытяжке высоких конических деталей методами листовой штамповки

Раздел 1.  Теория и технология обработки металлов и сплавов давлением 
 

87

УДК 621.983 
DOI 10.12737/8147 

АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ 

ПРИ  ВЫТЯЖКЕ  ВЫСОКИХ КОНИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ                  

МЕТОДАМИ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ 

Сальников Михаил Сергеевич  

инженер-технолог 

ОАО "Научно-производственная корпорация "Конструкторское бюро машинострое
ния" (ОАО "НПК "КБМ"). 140402,   Московская область, г. Коломна, Окский проспект, 

д. 42.  тел. (496) 616-36-69.  Е-mail: kbm-kbm@mail.ru 

В статье исследуются особенности технологических инженерных расчетов 

при изготовлении методами холодной листовой штамповки высоких конических дета
лей. Установлено, что для проектирования технологического процесса изготовления  

высоких конических деталей типа "стакан" вытяжкой существует несколько спосо
бов, которые имеют свои достоинства и недостатки, и нет единого мнения по выбо
ру одного из способов, наиболее подходящего для использования, кроме того, нет еди
ной методики для подсчёта количества переходов при вытяжке высоких деталей, 

имеющих форму конуса. 

 

В общем комплексе технологии машиностроения все возрастающее 

значение приобретает обработка металлов давлением, в том числе листо
вая штамповка. Это один из способов обработки, при котором металл пла
стически деформируется в холодном состоянии при помощи штампов. Ли
стовая штамповка применяется для изготовления самых разнообразных де
талей практически во всех отраслях промышленности, связанных с метал
лообработкой. 

Листовая штамповка представляет собой самостоятельный вид тех
нологии, обладающей рядом особенностей: 

• 
высокой производительностью; 

• 
возможностью получения самых разнообразных по форме и 

размерам полуфабрикатов и готовых деталей; 

Сборник статей "Современные технологии обработки металлов и сплавов" 
 

88

• 
возможностью автоматизации и механизации штамповки пу
тем создания комплексов оборудования, обеспечивающих выполнение 

всех операций производственного процесса в автоматическом режиме (в 

том числе роторных и роторно-конвейерных линий); 

• 
возможностью получения взаимозаменяемых деталей с высо
кой точностью размеров, без дальнейшей обработки резанием. 

Одним из видов листовой штамповки является процесс вытяжки. 

Вытяжкой называется процесс превращения плоской или полой заготовки 

в полую деталь любой формы. Производится вытяжка на вытяжных штам
пах. 

Высокими коническими деталями называются детали большой отно
сительной высоты  
8,0
>
d
h

  
с узким конусом и крутой образующей, имею
щей угол до 10°. 

В процессе изучения литературы по листовой штамповке было уста
новлено, что для проектирования технологического процесса изготовления  

высоких конических деталей типа "стакан" вытяжкой существует несколь
ко способов, которые имеют свои достоинства и недостатки, и нет единого 

мнения по выбору одного из способов, наиболее подходящего для исполь
зования, кроме того, нет единой методики для подсчёта количества пере
ходов при вытяжке высоких деталей, имеющих форму конуса. 

В число доступных методов вытяжки высоких конических деталей 

входят: 

• 
Способ ступенчатой вытяжки или способ "последовательных 

цилиндров". 

• 
Способ последовательного увеличения высоты конуса. 

• 
Способ "параллельных конусов". 

Вытяжка конических деталей затруднена тем, что давление пуансона 

передаётся лишь небольшой части небольшой поверхности в центре заго

Раздел 1.  Теория и технология обработки металлов и сплавов давлением 
 

89

товки, вызывая значительное местное утонение, а иногда и обрывы мате
риала. 

Способ ступенчатой вытяжки ("последовательных цилиндров") 

– это способ многооперационной вытяжки ступенчатого профиля, вписан
ного в профиль готового изделия с последующей формовкой в калибро
вочном штампе  (рис. 1). Перед калибровкой, как правило, проводят отжиг.  

 
Рис. 1. Последовательность вытяжки высоких конических изделий 

способом ступенчатой вытяжки. 

 

При данном методе образования конической поверхности количество 

переходов вытяжки определяется с помощью условных коэффициентов 

вытяжки, подсчитанных по средним диаметрам [1, стр.229]. 

.

.(n 1)

ср n
n
ср

d
m
d
−
=
, 

Сборник статей "Современные технологии обработки металлов и сплавов" 
 

90

где  

1
2
2
ср
d
d
d
+
=
. 

Здесь  d1 – наименьший диаметр конуса, 

            d2 – наибольший диаметр конуса. 

Коэффициенты вытяжки берутся из таблицы, где они напрямую за
висят от относительной толщины заготовки (см. таблицу 1). Эти коэффи
циенты применяются независимо от вида материала, из которого изготав
ливается деталь, даже если действительные коэффициенты вытяжки для 

материала, детали существенно отличаются от условных коэффициентов. 

Числовые значения условных коэффициентов вытяжки получены 

эмпирически и подобраны так, чтобы в процессе вытяжки с наибольшей 

вероятностью предотвратить возможные обрывы материала, возникающие 

вследствие местных утонений (т.к. давление пуансона передаётся лишь не
большой части поверхности в центре заготовки). 

Таблица 1 

Коэффициенты вытяжки высоких конических деталей. 

Относительная толщина заготовки

1
100

n

S
d −

0,5 
1,0 
1,5 
2,0 

Коэффициент вытяжки

1

n
n
n

d
m
d −
=
0,85 
0,8 
0,75 
0,7 

 

dn и dn-1 – диаметры текущей и предыдущей вытяжек. 

Метод имеет ряд недостатков: 

• 
толщина стенки полученной детали по высоте не одинакова, 

деталь имеет разностенность и искривлённость образующей, на поверх
ности остаются кольцевые отпечатки, т.е. следы многоступенчатой вы
тяжки; 

• 
большое количество переходов;  

Раздел 1.  Теория и технология обработки металлов и сплавов давлением 
 

91

• 
для реализации метода необходимо изготовление довольно 

сложного инструмента. 

Способ последовательного увеличения высоты конуса – это метод, 

при котором вначале вытягивается полуфабрикат, поверхностью равный 

или несколько больший поверхности конической детали, причём размеры 

борта равны размерам бортов конуса. Затем за каждую последующую опе
рацию вытягивается всё увеличивающаяся часть конической поверхности  

(рис. 2). 

 

 
 

Рис.2.  Последовательность вытяжки высоких конических деталей 

способом постепенного увеличения конуса. 

 

Общее количество переходов вытяжки в данном случае включает в 

себя переходы вытяжки цилиндрического полуфабриката и переходы вы
тяжки конической поверхности. 

Сборник статей "Современные технологии обработки металлов и сплавов" 
 

 
92

Здесь количество переходов вытяжки конуса вычисляется так же, как 

при способе ступенчатой вытяжки, т.е. с помощью условных коэффициен
тов вытяжки, подсчитанных по средним диаметрам (таблица 1). 

При использовании способа "параллельных конусов" для изготов
ления конуса, в отличие от способа ступенчатой вытяжки, вместо много
ступенчатой формы промежуточные вытяжки имеют форму конуса и ци
линдра (так же как и при способе последовательного увеличения высоты 

конуса), причём на каждой последующей операции поверхность конуса за 

счёт уменьшения поверхности цилиндра увеличивается до образования 

полного конуса (рис. 3). Это обусловливает одинаковые наклоны и каче
ственную поверхность стенок детали. 

 
 

Рис. 3. Последовательность вытяжки высоких конических деталей 

способом "параллельных конусов". 

 

Раздел 1.  Теория и технология обработки металлов и сплавов давлением 
 

93

Число операций для получения полой конической детали по способу 

параллельных конусов определяют следующим образом [2, стр. 285]. 

Вначале вытягивается цилиндр, площадь поверхности которого рав
на площади поверхности детали (с учётом припуска на подрезку), а диа
метр – большему диаметру конуса (рис. 4). 

 

 
 

Рис. 4. Схема к определению пооперационных размеров

полуфабриката. 

 

Число переходов на этой стадии процесса определяется как для 

обычных цилиндрических колпачков без фланца. Затем вытягивается ко
ническая поверхность. Число n переходов на этой стадии процесса опреде
ляется по формуле: 

Z
a
n =
, 

где Z – допустимый зазор в мм (при штамповке без прижима 

S
Z
)
10
8
( ÷
=
, при дробных значениях n следует принимать ближайшее 

большее число); 

Допустимый зазор Z также зависит от коэффициента вытяжки и от
носительной толщины 
100
⋅

n
d
S
: 

Сборник статей "Современные технологии обработки металлов и сплавов" 
 

94

при 
8,0
≤
m
 и 
%
1
100 ≤
⋅

n
d
S
S
Z
8
=
; 

при 
9,0
≤
m
 и 
%
2
100 ≤
⋅

n
d
S

S
Z
10
=
. 

Необходимо заметить, что в данном методе идёт речь о действитель
ных коэффициентах вытяжки. 

Данный способ является предпочтительным в сравнении с двумя 

предыдущими, т.к. у него есть существенные плюсы: 

• 
простой инструмент (по сравнению с методом ступенчатой вы
тяжки и методом постепенного увеличения конуса); 

• 
простая методика вычисления числа переходов. 

Исходя из этого можно сделать вывод, что данный метод расчёт 

усилия вытяжки производится для всех методов одинаково. Для этого 

можно использовать следующую формулу [2, стр.251]: 

в
LS
P
σ
=
; 

где L – периметр поперечного сечения детали (следует принимать 

наибольший, т.е. по размеру матрицы). 

Данную формулу можно применить для первой и последующей вы
тяжек высоких конических деталей. 

 

 

Библиографический список 

1. Романовский В.П.  Справочник по холодной штамповке. – Л.: Маши
ностроение, 1965.   

2. Малов А. Н.  Технология листовой штамповки. – М.: Машинострое
ние, 1969.    

3. Мещерин В.Т.   Листовая штамповка. Атлас схем: Учебное пособие 

для вузов. 3-е издание, испр. и доп. – М.: Машиностроение, 1975.