7 Дәріс. Гидроқалыптау. Дайындау материалында пайда болатын кернеу және деформация

Негізгі мағлұматтар. Гидроқалыптау беттік материалдан сұйықтаң көмегімен жоғарға қысымды бөлшектің сыртпішінін өзгерту процессі болып табылады. Сұйық, әмбебап пуансонның рөлін орындай отырып, дайындамаға әсер етеді, оны деформациялайды, матрицаның қорамын береді.

Гидроқалыптау әдісін үлкен габаритті жұқаң бөлшектерде, беттік үлкен бірқалыпты жанасу радиусы бар болғанда қолданады.

Гидроқалыптаумен дайындалатын, бөлшектің конструктивті – технологиялық жағынан төрт класқа бөледі: I класс — айналу денесі формасындағы жұқа қабырғалы бөлшектер, екі жағынан цилиндрлік формадағы тесікпен немесе конондық дайындамалардан қалыпталынатын (сурет-31, а); II класс — солай, бірақ бөлшектердің біржағындағы тесікпен (сурет-31, б); III класс — қиылған конус формасындағы пісірілген дайындамалар немесе жазық дайындамалардан қалыпталынатын аз қатыцнасты h/D, мұндағы h —конустың биіктігі, ал D — негізгінің диаметрі (сурет-31, в); IV класс — беттік дайындамалардан қалыптанатын қаптама беттері типіндегі бөлшектер (сурет-31, г).

Сыртпішін өзгерту процессі материалдың жұқаруының ернемектің орын ауыстыру және орын ауыстырмауы арқасында жүзеге асуы мүмкін (сурет-32).

Гидроқалыптаудың екі түрлі схемасы бар. Бірінші схема бойынша сұйық тікелей бөлшектің дайындамасына әсер етеді (сурет-32, а, б, в), екінші схема бойынша сұйық дайындамаға диафрагма арқылы әсер етеді (сурет 32, г).

Гидроқалыптау әдісін үзуге қатысты үлкен емес кедергіге ие материалдардан жасалған бөлшектерді қалыптау үшін қолданған рациональді (σ_в≤400÷600 МПа). Бөлшектерді түрлі- түсті және қара металдардан дайындауға болады, бірақ салыстырмалы түрде үлкен емес қалыңдықтарда (2—3 мм) және диаметрі (300÷400 мм). Дайындалатын бөлгектердің биіктігі 2м дейін болуы мүмкін.

Қабырғалары үлкен қалыңдықты немесе кіші диаметрлі бөлшектердің сыртпішіндерінің өзгеруі үшін гидроқалыптау әдісі қолданылса да, неғұрлым нақты емес, ал сұйықтың үлкен қысымын қажет етеді, яғни қалыптау жүргізілетін матрицаның беріктігін көтеру қажеттілігімен байланысқан және олардың конструкциясының күрделенуі жүретін.

Тәжірибе және сәйкесті есептеулер көрсеткендей, жылдық жоспарда 1500 данадан жоғары гидроқалыптауды қолдану экономикалық тұрғыдан толығымен ақталады.

Гидроқалыптау әдісінің қолдануының нақты болмаған жағдайында босату пуансонмен қалыптау әдісіне өтеді.

Гидроқалыптау ерекшеліктері: 1) күшті процесстерді қолданбай ірі бөлшектерді дайындау мүмкіншілігі; 2) әбзелдің қарапайымдылығы, оның арзандылығы және дайындаудағы аз сиымдылықтығы; 3) бір ғана қатаң сыртпішін өзгерту элементі – матрицаның болуы; 4) өлшемдері түбінде үлкейетін бөлшектерді дайындау мүмкіншілігі, бірақ та бұл жағдайда ең үлкен кесу бойынша немесе қалыптастыру бойынша көлемді матрицалар қажет; 5) қалыпталынған бөлшектердің жоғарғы дәлдігі (мөлшерлеу үші гидроқалыптау қолданысты). Көп жағдайларда гидроқалыптауды басқа әдістермен қалыпталынған бөлшектерді мөлшерлеу кезінде қолданады.

а— I класс бөлшектері; б — IIкласс бөлшектері; в -III класс бөлшектері; г —IV класс бөлшектері

31-сурет. Гидроқалыптау әдісімен қалыпталынатын бөлшектердің жіктелуі

Дайындама материалында пайда болатын, деформация және керену.

Гидроқалыптау кезіндегі сыртпішін өзгерту процессі 3 кезеңнен тұрады: бастапқы, аралық және соңғы (сурет-33, а, б, в). Дайындаманың деформациясы үлкен диаметрге ие аймақта басталаджәне әрі қарай процесс аралас аймақтарға жайылады.

Цилиндрлік дайындамаларды деформациялау кезінде сыртпішін өзгерту прцессі орталық бөліктен басталып, торцқа жайылады. Дайындау материалындағы кернеу мен деформацияны қарастыру бұл құбылыстарды түсіндіреді, сонымен қатар сұйық қысымының қажетті түрін анықтауға мүмкіндік береді. Нәтижесінде Q қысымының конондық дайындамаға әсерінен онда келесі кернеулердің пайда болуына әкеледі: материалда σ_у созуларды және σ_х — тангенциалды бағытта (сурет-34). Дайындаманың деформациясы үш бағытта жүреді (деформацияның басты өстерімен).

Тангенциалды бағытта (X өсі) дайындаманың негізгі сыртпішін өзгертуін сипаттайтын деформация әрекет етеді. X өсі бойынша салыстырмалы деформацияны ε_х деп және сәйкесінше ε_у және ε_z — Y , Z өстері бойынша белгілейік.

а және б — ернемектің орын ауыстыруынсыз; г, в және е — ернемектің орын ауыстыруымен.

32 – сурет. Гидроқалыптаудың принциптік сұлбасы

ε салыстырмалы деформацияны бөлшек пен дайындаманың шеңберлер ұзындығының айырымы қатынасымен өрнектеуге болады, олардың беттерінде бір ғана нүкте арқылы дайындама шеңберінің ұзындығына өтетін, яғни

мұндағы r_з — берілген нүктедегі дайындаманың радиусы;

r_д — сол нүктедегі бөлшектің радиусы.

ε_х –тің ең үлкен (мах.) мәні – бөлшек пен дайындаманың радиустарының айырымы қай жерде үлкен болса сол жерде болады.

Берілген материал үшін салыстырмалы созу δ мәні ε_х аспауы үшін тексеру есебін жүргізу қажет. Өйткені дайындамалар әдетте пісіру жібіне қалыптасуы бойынша, оның пластиктігі негізгі металға қарағанда 15÷20%-ке төмен, ε_х-тің рұқсат етілген ең үлкен (мах) мәні келесі қатынасты қанағаттандыру керек: ε_{х мах}≤0,8 δ

33-сурет. Дайындаманың сыртпішін өзгерту процессінің кезеңдері

34–сурет. Гидроқалыптау кезінде дайындамаға әрекет ететін деформациялар мен кернеулер схемасы

z (радиальды) бағытындағы салыстырмалы деформация, металдың жұқаруын сипаттайтын, келесі формуласы бойынша:

мұндағы r_д — бөлшектің қабырғаларының қалыңдығы;

r_з — дайындаманың қабырғаларының қалыңдығы.

Максималды жұқалау ε_хмакс X өсі бойынша максималды деформациялы бөлігіне сәйкес болады. У бағытындағы салыстырмалы деформация – қалыптастыратын ұзындықтың өзгеруін сипаттайтын, келесі қатынаспен өрнектеледі:

ε_у= ε_х

Дайындаманың шетінің еркін орналасуы кезінде (резеңке қап түрінде диафрагмалы схема) жасаушы қысқарады, ал сонымен қатарка ε_х.-тен сызықты тәуелді көрсетілуі мүмкін. 35-суретте Δl% шет созылмасының ε_х салыстырмалы деформацияға тәуелділік графигі келтірілген.

Коникалық және цилиндрлік дайындамалардан жасалған бөлшектердің сыртпішінін өзгерту үшін қажетті қысым шамасын төмендегі формуламен есептейді:

Q=

мұндағы Q — бөлшектің сыртпішінін өзгерту үшін қажетті қысым, Н; σ_s — сызықты созу кезіндегіағымдылық шегі; Dуп — беріктендіру модулі (12 кесте);S_x — деформацияланған қабықшаның қалыңдығы (Е_х деформациялау дәрежесіне тәуелді); R₁ және R₂— радиустер (сурет-36,а); r_х және r_о — радиустер (сурет-36,а).

35–сурет. Х өсі бойынша салыстырмалы деформациядан тәуелді дайындаманы қалыптастыратын ұзындықтың өзгеру графигі

Бұл формула қабықшадан кесіліп алынған (сурет-36, б) кейбір элементар элементтің тепе-теңдік шартынан алынған.

Нормалға әсер етуші барлық күштерді жобалау кезінде аламыз:

Qdl₁dl₂ – σ_ydl₁S_xdθ - σ_xdl₂S_xdφ = 0

өйткені

dθ = и dφ=

онда

Qdl₁dl₂ – σ_ydl₁S_x - σ_xdl₂S_x = 0

а — қоршалатын қабықшаның жалпы түрі; б — қабықшадан кесіліп алынған элементар элемент.

36-сурет. Дайындамаға әсер ететін деформациялар және кернеулер схемасы

У өсіне күштерді жобалау кезінде, қабықшадан кесіп алынған элементар элементтің тепе-теңдік шартынан аламыз:

Q (πr + πr ) = σ_y2D_упr_xS_xsinθ

мұндағы

σ_y = ,

σ_у бірінші формулаға қоямыз:

Qdl₁dl₂ - 0.

dl₁dl₂ –ге қысқартамыз

Q- ,

Q= .

Шамалап есептеулер үшін қысқартылған формуланы қолдануға болады:

Q= ,

мұндағы σ_в –үзуге тексеру шегі (мықтылыққа);

S₀ – дайындама қалыңдығы;

R₂ – бөлшектің радиусы (қалыптастыру бойынша) (сурет-36, а).

Ұсынылатын әдебиеттер: Негізгі 2 [84-91], қосымша 7 [63-90].

Бақылау сұрақтары

1. Гидроқалыптау әдісімендайындалатын бөлшектер қандай кластарға бөлінеді?

2. Сыртпішін өзгерту процессі қандай схемалар бойынша жүре алады?

3. Гидроқалыптау әдісінің ерекшеліктері?

4. Гидроқалыптау кезінде дайындамаға әсер ететін деформациялар және кернеулер схемасы?

5. Дайындаманың сыртпішін өзгерту процессінің кезеңдері.