3587

тает и, являясь сжимающим, уменьшает утонение. В точке, где

толщина в процессе деформирования не изменяется. Так как при раздаче RИ ; r3 не превышают 1,5, можно за-

ключить, что основную долю очага деформации составляет зона, в которой толщина заготовки уменьшается, и это приводит к уменьшению значения max .

Упрочнение увеличивает напряжение max . Таким обра-

Формула (3.95) позволяет оценить возможность выполнения раздачи без потери ее устойчивости.

В первом приближении можно считать, что потеря устойчивости наступит при max = S в стенках исходной заго-

товки. То обстоятельство, что при раздаче изгибающий момент препятствует увеличению диаметра заготовки вблизи границы очага деформации, несколько повышает устойчивость и потеря устойчивости происходит при большем значении max , чем при обжиме.

На величину допустимого увеличения диаметра заготовки без разрушения при раздаче оказывают влияние те же факторы, что и при отбортовке:

1)состояние металла у кромки;

2)отношение толщины заготовки к ее диаметру. Коэффициент раздачи определяется как:

На его величину влияет угол конусности. С уменьшением угла допустимый коэффициент раздачи уменьшается. Объясняется это тем, что сдерживающее влияние соседних эле-

221

ментов, препятствующее образованию шейки в краевом элементе, уменьшается с уменьшением градиента деформации в меридиональном направлении.

Если в краевом элементе устойчивая деформация исчерпана, то сопротивление, оказываемое соседним элементом развитию локальной деформации в краевом элементе будет тем больше, чем меньше деформация, полученная этим элементом по сравнению с деформацией, соответствующей пределу прочности.

Рассмотрим отличие в деформациях 2-х соседних элементов при раздаче коническим пуансоном (рис. 3.53)

SinS .

С уменьшением убывает разница в деформациях смежных элементов и, следовательно, уменьшается сдерживающее влияние элементов с меньшей деформацией на возникновение локальной деформации в элементе с большей деформацией.

222

Рис. 3.53. Деформации соседних элементов

Но влияние на величину kP невелико, и kР. ДОП .. меньше при хорошей смазке, чем при плохой. При малых значениях облегчается тангенциальное смещение элементов заготовки в процессе образования шейки, при увеличении силы трения затрудняют образование и развитие шейки в краевых элементах. Однако при увеличении возрастает усилие, что ведет к

потере устойчивости, повышенному износу инструмента и дефектам заготовки. Упрощенно усилие раздачи можно определить:

где с = 0,4 ÷ 1,0 (при m = 0,7 ÷ 0,9) - коэффициент учѐта упрочнения и свободного изгиба.

3.6 Формовка

Формовкой называется операция, при которой происходит изменение формы заготовки или полуфабриката за счет местного растяжения материала.

Типовые примеры формовки (рельефной):

1.Штамповка ребер жесткости, выдавок (рис. 3.54).

2.Штамповка рельефных выпукло – вогнутых деталей и художественных украшений.

3.Штамповка – формовка деталей сложной и несимметричной конфигурации открытой формы.

223

4. ИМПУЛЬСНОЕ ВЫСОКОСКОРОСТНОЕ ДЕФОРМИРОВАНИЕ МЕТАЛЛОВ

С давних времен идет непрерывное увеличение энергии, запасаемой рабочей машиной и отдаваемой детали в процессе обработки (молоты простого действия, молоты двойного действия и т.п.). Увеличение энергии определялось, главным образом, ростом размера и веса деталей. Однако скорости деформирования усилились незначительно. Паровой молот м.п.ч. 227000 кг выделяет энергии 1180000 дж при скорости

9,1 м/с.

Процессы высокоскоростного деформирования обеспечивают высокие скорости преобразования энергии, что ведет к резкому возрастанию кинетической энергии - в этом проявляется основное отличие высокоскоростного деформирования от обычных способов деформирования металла.

Первый патент был выдан в Англии в 1898 году на технологию соединения труб при производстве велосипедов путем раздачи с помощью взрыва небольших зарядов ВВ.

В 1909 году в США заряд уже использовался при формовании цилиндрических деталей из стального листа.

Первое промышленное применение взрыва для формообразования может быть отнесено к 1950 году при штамповке втулок вытяжных вентиляторов фирмой ―Мур‖.

Наступление космической эры (примерно с 1955 года) дало новый толчок широкому промышленному внедрению процесса взрывной штамповки для производства крупногабаритных конструкций из труднодеформируемых металлов без уникальных прессов и штампов.

Электрогидроимпульсная штамповка – возможность получения ударных волн высокой интенсивности при разрядке аккумулированной электрической энергии через электроды, погруженные в жидкую среду. Принцип штамповки упомина-

225

ется впервые в 1936 году. В начале 50-х годов в СССР и США началось исследование этого процесса. Первые попытки использования этой энергии были сделаны в США в 1958 году, когда Эли и Дау применили данный метод для пробивки отверстия в стальных листах толщиной 1,6 мм.

Электромагнитная штамповка – первое сообщение, касающееся создания мощного импульсного магнитного поля было сделано Каницем в 1924 году. Источником энергии служила специальная батарея аккумуляторов. Интерес к процессу возрастает ввиду того, что при этом отсутствует контакт между инструментом и заготовкой. Первая промышленная установка была создана в 1962 году. Энергоемкость установки 6250 дж. Производительность 10 импульсов в минуту.

Пневмомеханические машины – основаны на использовании сжатого воздуха в качестве источника энергии для сообщения высоких скоростей движущим частям машины.

Машина «Динопак» демонстрировалась в 1958 году. Энергоносителем системы являлся сжатый азот, перепускаемый через систему клапанов и разгоняющий при этом массивный боѐк до 64,5 м /с.

Внедрение процессов Широкое внедрение процессов относится к началу 1960

года и мотивировалось развитием космической техники. Выбор того или иного процесса обусловлен экономическими факторами, которые должны быть тщательно проанализированы. Например, детонирующие ВВ (тротил) лучше, чем пороховые, можно получить любую форму и габариты деталей, штамповка может быть осуществлена как в открытых, так и в закрытых штампах. Пороховые ВВ, применяемые на практике, требуют более сложных и дорогих закрытых емкостей.

Электрогидравлическая штамповка более легко встраивается в автоматические линии, чем взрывная. Но требования производительности могут привести к сложным жестким требованиям к источнику энергии. Велики капиталовложения.

Электромагнитная штамповка легко встраивается в автоматические линии. Магнитное поле с индукцией 0,5 МГС соз-

226

даѐт такую же плотность энергии, как взрыв детонирующего ВВ. Создание таких полей в ощутимых объемах даже во время порядка 0,1 с весьма сложно и дорого. Электромагнитная штамповка производится при значительно меньших плотностях, достаточных для деформирования тонкостенного материала. Не решена проблема конструкции индуктора, т.к. он испытывает те же нагрузки, что и обрабатываемая деталь.

Импульсными методами штамповки можно выполнять разделительные, формообразующие и сборочные операции, что используют в условиях мелкосерийного производства.

Поведение материала Необходимо отметить влияние высокой скорости про-

цессов на:

1)пластичность и прочность материала;

2)силы трения при перемещении заготовки относительно штампа;

3)стабильность геометрии штампуемой детали;

4)характер протекания процесса.

Влияние скорости на деформируемость для одних металлов проявляется в уменьшении пластичности, для других – в увеличении. Прочность в условиях динамического нагружения увеличивается, что требует для высокоскоростного деформирования больших энергий.

Трение уменьшается с увеличением скорости перемещения заготовки относительно штампа, при этом температура возрастает и нарушается смазка. При очень высоких скоростях температура может достигать таких значений, при которых тонкие поверхностные слои заготовки расплавляются и действуют как смазка.

Стабильность геометрии деталей: при определенных предельных скоростях деформирования наблюдается более равномерное утонение без образования шейки.

Механизм деформирования плоской заготовки имеет следующие особенности:

1. Приложенная нагрузка имеет кратковременный характер и высокие давления.

227

2.Импульсный характер приложения нагрузки вызывает инерционные силы, которые влияют на процесс деформирования.

3.Имеется два периода деформирования – активный и пассивный.

Активный период деформирования соответствует времени действия импульсной нагрузки и характеризуется тем, что элементы заготовки, имея положительное ускорение, разгоняются до некоторой максимальной скорости и получают определенный запас кинетической энергии.

Впассивном периоде накопленная кинетическая энергия расходуется на дальнейшее пластическое деформирование заготовки и ее элементы испытывают отрицательное ускорение (замедление) с уменьшением скорости смещения до нуля в конце деформирования.

1.Скорости при штамповке близки к скоростям распространения пластических волн. Деформирование импульсным магнитным полем осуществляется со значительным влиянием волновых процессов.

2.Влияние волновых процессов проявляется в следую-

щем:

1) скорости пластических волн ограничивают скорости изменения границ очага пластической деформации, а, следовательно, в ряде случаев и скорости деформирования заготовки;

2) взаимодействие прямых и отраженных волн может создавать дополнительные очаги пластической деформации или не приводить к ликвидации существующих очагов деформации;

3) это же взаимодействие может приводить в отдельных случаях к изменению схемы напряженного состояния в деформируемой заготовке (при отражении продольных волн от свободных поверхностей).

3.В общем случае в деформируемом теле могут возникать продольные волны, распространяемые в направлении действующей силы, и поперечные волны, распространяемые перпендикулярно направлению действующей силы.

228

Применительно к листовым заготовкам продольные волны дают смещение элементов заготовки вдоль касательной к ее срединной поверхности, а поперечные – в направлении, перпендикулярном к срединной поверхности.

Скорость продольных волн в стержне:

скорость поперечных волн:

c2 ,

где - напряжение при испытании на растяжение; - относительное удлинение;

ρ– плотность.

Впервом приближении можно принять, что скорость распространения пластических волн в тонкой пластине определяется так же по указанным формулам с той лишь разницей, что будет являться напряжением, действующим перпендикулярно фронту волны, а влияние схемы напряженного состояние учитывается коэффициентом, который для плоской деформации, например, равен 2/3.

Из формул можно установить, что скорость продольных волн пропорциональна корню квадратному из текущего значения модуля упрочнения, определяемого по графику зависимости условного напряжения от деформации.

Из этих же формул можно установить, что в начальных стадиях пластического деформирования при напряжениях, превышающих предел текучести, скорость пластических волн

вобычно штампуемых материалах исчисляется сотнями метров в секунду.

При вытяжке и формовке основным этапом деформации, дающим наибольшее формоизменение заготовки, является период пассивного деформирования под действием сил инерции.

229