§ 32. Определение тоннажа формовочного пресса

Процесс получения колесной заготовки из плюшки представляет собой операцию усложненного характера — комбинацию осаживания заготовки давящими поверхностями штампов и истечения металла в полости, образующие ступицу и обод колесной заготовки.

В литературе не освещены вопросы определения тоннажа прессов для формовки колесной заготовки; вместе с тем имеется ряд работ, трактующих вопросы определения максимальных напряжений в металле, заполняющем полости различной формы (работы С. И. Губкина [6], Е. П. Унксова [13], К. Ф. Шарапина [14] и ряд других).

В этих работах удельное давление течения определяется аналитическим путем при исследовании равновесия бесконечно малых объемов, выделенных в полостях различной конфигурации. Определенное для какой-либо полости максимальное напряжение должно служить исходным для установления распределения напряжений в другом элементе исследуемого тела, сопряженном с рассмотренной полостью. Этот метод находит применение для относительно простых и симметричных фигур. Но для колесной заготовки, состоящей из большого числа элементов, различающихся по конфигурации, размерам, направлению стенок полостей и уклонам, и характеризующейся отсутствием симметричности верхних и нижних полостей, — этот метод не может быть рекомендован. Формулы, получающиеся в результате совместного решения сложных дифференциальных уравнений равновесия и уравнений пластичности, чрезвычайно сложны и громоздки и поэтому лишены ценности для производственных расчетов.

Детально разработанный советскими учеными и широко освещаемый в последнее время метод решения дифференциальных уравнений равновесия с помощью так называемого «метода характеристик» [12, 14] дает возможность определить направление линий скольжения в пластически деформируемом металле при различных условиях трения на поверхности. Однако применение указанного метода для решения практических задач по определению удельного давления течения и тоннажа формовочного пресса приводит к значительным математическим трудностям.

Наиболее простым и удобным методом определения среднего удельного давления течения при формовке колесной заготовки является метод, разработанный С. И. Губкиным. Автор метода исходит из того, что среднее удельное давление является функцией приведенного главного нормального напряжения, в свою очередь являющегося функцией коэффициента внешнего трения. Кроме того, приведенное главное напряжение, а следовательно, и удельное давление течения, зависит: от степени равномерности распределения напряжений вдоль контактной поверхности; от распределения температуры в деформируемой заготовке и от

схемы главных напряжений. Таким образом, удельное давление К течения можно выразить формулой

где — коэффициент, учитывающий влияние неравномерности распределе-

ния напряжений;

— коэффициент, учитывающий влияние механической схемы

деформации;

т — коэффициент, учитывающий влияние внешнего трения и размеров

деформированного изделия;

р — истинное сопротивление деформации.

С. И. Губкин на основе проведенного исследования установил, что коэффициент неравномерности распределения напряжений может быть представлен выражением

где — коэффициент, учитывающий неравномерность распределения

напряжений, обусловленный формой готового изделия;

— коэффициент, учитывающий неравномерность распрделения

напряжений, обусловленный неравномерным распределением

температуры в деформируемом изделии.

Что касается коэффициента , то исследование, проведенное С. И. Губкиным, позволило установить, что форма поперечного сечения изделия, перпендикулярного к направлению действующего усилия, не оказывает на это усилие прямого влияния.

Сложность формы оказывает влияние тем большее, чем сложнее форма изделия в сечении, совпадающем с направлением действия силы.

Сложность формы в этом случае учитывается коэффициентом сложности

где — действительный объем поковки (формуемой колесной заготовки

или, что более удобно для подсчетов, объем диска, полученного

после осаживания и прошивки);

— условный наименьший объем, в который может быть вписана

поковка.

Этот объем выражается формулой

где — площадь максимального сечения поковки, перпендикулярного к

направлению деформирующего усилия;

—максимальная высота поковки.

Числовые значения коэффициентов и , могут быть определены в зависимости от коэффициента сложности формы яр на основании данных табл. 20.

Величина коэффициента зависит от условий деформирования нагретых заготовок. В случае колесной заготовки влияние будут оказывать: сложность формы заготовки до деформирования; температура деформирующего инструмента; продолжительность соприкосновения изделия с инструментом, объем заготовки и др. Наибольшую роль играет сложность формы заготовки и ее объем. Для колесных заготовок, весьма больших по объему, следует ориентироваться на нижние пределы значения коэффициента.

Коэффициент для колесных заготовок следует принимать равным 1,25, учитывая допускаемое неполное заполнение углов штампов при формовке заготовок.

Коэффициент т может быть определен выражением

учитывающим влияние контактных сил трения при осаживании цилиндра, диаметр которого принимается равным максимальному диаметру колесной заготовки, а высота — максимальному размеру колесной заготовки в направлении приложенной силы.

Учитывая, что при штамповке колесной заготовки, как и при всяком горячем деформировании, кривая истинного сопротивления идет параллельно оси абсцисс, т. е. не зависит от степени деформации, можно считать, что истинное сопротивление деформации

где — предел прочности при соответствующих температурах

деформирования;

— коэффициент, учитывающий влияние скорости деформирования.

Предел прочности может быть определен по данным табл. 17, а коэффициент — на основании табл. 21 (по С. И. Губкину).

Таблица 20