Lektsii / теория ОМД / Прямые задачи ОМД / Объемная штамповка

3

Объемная штамповка.

Объемная штамповка – это ковка заготовок бойками сложной конфигурации, полости которых при штамповке заполняются металлом. Детали после штамповки получают минимальную механическую обработку. Штамповка отличается многообразием форм изготовляемых деталей.

В любом процессе штамповки можно выделить две фазы: заполнение полостей штампов и доштамповка – вытеснение излишков металла из полостей штампов в заусенец при доведении поковки до номинальных размеров по высоте.

Вторая фаза штамповки является нежелательной, так как требует затраты значительной дополнительной энергии, увеличивает износ инструмента и вызывает перегрузку оборудования.

В реальных условиях из-за колебания объема заготовки, поступающей на штамповку, фаза доштамповки неизбежна и её следует принимать во внимание при расчёте нагрузки на оборудование.

Усилие, необходимое для деформирования заготовки в первой фазе, невелико, значительно меньше такового для второй фазы штамповки. Определение этого усилия редко может представлять практический интерес.

Определение усилия доштамповки имеет большое значение. Это усилие является максимальным, и по нему должна определятся мощность и прочность рабочей машины.

В стадии доштамповки деформируемый металл заполняет гравюру штампа. Вследствие продолжающегося сближения штампов металл вытесняется в заусенец, который называется облоем.

Пластическая деформация сосредотачивается в средней части штамповки. Средняя часть с переменной толщиной h получает высотную деформацию сжатия, что приводит к вытеснению металла в заусенец.

По вертикальному сечению нормальные напряжения изменяются согласно эпюры приведенной на рисунке. Видно, что по высоте фигуры штампа напряжения постоянны и повышаются лишь в области выхода заусенца.

Следовательно, для определения конечного усилия и удельного давления штамповки необходимо рассматривать НДС чечевицеобразной области.

Касательные напряжения на границах этой области следует принимать максимальными и равными

(1.38.)

Для ориентировочных расчетов заменим чечевицеобразный объем металла, деформируемого в последний момент штамповки (при доштамповке) параллелепипедом (для плоского деформированного состояния с запрещением течения металла в направлении, перпендикулярном к плоскости чертежа) или цилиндром (для осесимметричной поковки), поперечные размеры которых соответствуют размерам поковки (без заусенца) в плане по плоскости разъема штампов.

Высота определяется размером

где - высота (толщина) заусенца в последний момент штамповки.

Тогда очевидно, что для определения удельного давления штамповки необходимо решить уравнение типа

(1.39)

(как для плоской, так и для осесимметричной задачи в предположении полной пластичности)

Поскольку на верхней и нижней границах параллелепипеда можно положить соотношение (1.38), условие пластичности следует принять в виде

(1.40)

Решая уравнение (1.39) подстановкой

,

находим

Здесь - высота поковки в последний момент штамповки

Постоянная интегрирования находится из граничного условия - при

, (1.41)

где - сопротивление металла затеканию в заусенце.

Выражение (1.41) представляет собой граничное условие. Это значение напряжения на выходе на мостик заусенца, то есть сопротивление вытекающего металла в постоянно суживающуюся щель.

Отсюда

и

(1.42)

Для случая осесимметричной деформации решение имеет тот же вид с заменой координаты и индекса х на r .

Учитывая, что при сложной конфигурации штампа имеет место неравномерное напряженное состояние, связанное также с неравномерным охлаждением поковки, в последнюю формулу введем поправочный коэффициент , равный:

для деформации с нагревом Z=1.5 – 2.0

для деформации без нагрева Z=1 – 1.4.

Тогда, замечая, что из условия пластичности (1.40) следует, что для этого случая

,

имеем

(1.43)

Для определения усилия и удельного давления при заполнении полости штампа необходимо вычислить интегралы:

а). для плоского деформированного состояния

, (1.44)

где в - размер полости штампа, перпендикулярный плоскости чертежа.

б). для осесимметричной задачи

(1.45)

Подставляя в выражение усилия штамповки для плоского деформированного состояния значения из формулы (1.43) и производя интегрирование, получим

(1.46)

(1.47)

Для осесимметричной задачи подставим в выражение усилия значение из формулы (1.43) и, заменив координату и индекс х на r и произведя интегрирование, находим

(1.48)

(1.49)