книги из ГПНТБ / Мошнин Е.Н. Технология штамповки крупногабаритных деталей

дикулярных к перемещению пуансона. Пластическая деформация в сечениях с большой площадью может протекать только после достижения усилием вытяжки определенной величины благодаря упрочнению нижележащих кольцевых участков заготовки, имею­ щих меньшую площадь. Чем выше интенсивность упрочнения металла, тем при меньшей степени деформации нижележащих участков усилие достигнет этой величины. Следовательно, нерав­ номерность деформации и наибольшая деформация в центральной зоне заготовки будут меньшими у заготовок из металла с более

Следовательно, можно сделать вывод, что для процессов ли­ стовой штамповки, которые протекают при напряженном со­ стоянии двухосного растяжения или разноименном напряженном состоянии, особое значение имеет соблюдение подобия механи­ ческих свойств, т. е. одного из условий подобия материала.

Остановимся на рассмотрении условий подобия механических свойств материала.

Основным условием подобия механических свойств материала при пластическом деформировании является соблюдение в те­

Если принять за упрощенную зависимость изменения напря­ жения течения в пластической зоне линейную зависимость, вы­ раженную уравнением

то, подставляя напряжения текучести в уравнении (142), получим

i + Д - e\ o-;

^)

Из этой зависимости следует, что условие подобия механиче­ ских свойств материала может быть соблюдено при

Следовательно, отношение модулей упрочнения должно быть равно отношению пределов текучести материалов модели и на­ туры.

100

условия подобия механических свойств (аналогично предыдущим) выразятся условием

При разгрузке — снятии внешних усилий упругие деформации отформованных заготовок зависят также от модуля упругости. При этом условия подобия

и (149), являются критериями подобия механических свойств — материальным подобием модели и натуры.

При моделировании холодных процессов должно быть со­ блюдено равенство коэффициентов трения на контактных поверх­ ностях [уравнение (124)].

Известен метод получения материала модели (подобного ма­ териалу натуры), заключающийся в том, что при модельных экс­ периментах используется сплав свинца с сурьмой. Путем измене­ ния величины добавок сурьмы можно получать сплавы с заданными

в натуре от наличия неравномерных температурных полей, не моделируется.

2. ШТАМПУЕМОСТЬ ТОЛСТОЛИСТОВОГО ПРОКАТА

Под штампуемостью листового проката обычно понимают относительную способность заготовок из заданного металла к фор­ моизменению в реальных условиях штамповки, а именно при не­ равномерном напряженном состоянии, при неравномерности в пре-

101

делах допусков механических свойств металла по объему или площади заготовки, при неравномерной толщине заготовки, на­ личии допустимых поверхностных и внутренних пороков и т. п.

Оценка штампуемости тонколистового проката производится на основе комплекса механических свойств и показателей тех­ нологических проб (испытание на вытяжку лунки и др.), а также физико-химических исследований.

Наиболее прогрессивным может быть признан только метод оценки по механическим свойствам, так как химический состав, фазовое и структурное состояния, условия производства листо­ вого металла в конечном итоге могут быть выражены в отношении способности его к вытяжке лишь соответствующим комплексом механических свойств.

Кроме того, проводить испытания на технологические пробы толстолистового металла трудно, поэтому представляется воз­ можным оценивать его штампуемость только по показателям механических свойств.

Однако для выявления дополнительных условий штамповки — выбора смазки, определения склонности металла к окалннообразованию, оценки возможности получения заданных механических, антикоррозионных и других свойств после соответствующей термической обработки отштампованной заготовки и т. п., могут потребоваться и физико-химические показатели.

В связи с изложенным остановимся на выборе эффективных показателей механических свойств для оценки штампуемости толстолистового металла [34].

При толстолистовой штамповке основным фактором, ограни­ чивающим технологические возможности процесса формоизмене­ ния заготовки, является чрезмерное утонение (реже разрыв) стенки детали и ее складкообразование, причем утонение стенки происходит на участках с двухосным растяжением, а складкооб­ разование— на участке с разноименным напряженным состоянием.

Утонение стенки при вытяжке куполообразных деталей (в том числе при местной вытяжке и отбортовке) неравномерное вслед­ ствие неравномерности напряженного состояния. Наибольшее относительное утонение стенки заготовки не должно превышать определенной величины, иначе неизбежны возникновение ло­

величины относительная деформация при двухосном растяжении достигает при одинаковых в обоих направлениях (широтном и меридиональном) растягивающих напражениях, когда она в 4 раза больше относительной равномерной деформации при одноосном растяжении.

Неравномерность напряженного состояния при вытяжке ку­ полообразных деталей возникает в основном из-за различной

102

3. ИНТЕНСИВНОСТЬ ОХЛАЖДЕНИЯ ЛИСТОВЫХ ЗАГОТОВОК

При переносе заготовки из печи, установке ее в штампе и в процессе штамповки происходит отдача тепла заготовкой в окру­ жающее воздушное пространство и в элементы транспортных устройств и штампа, вследствие этого температура заготовки сни­ жается, причем снижение температуры более интенсивно в по­ верхностных слоях заготовки.

Теоретические расчеты снижения температуры заготовки сложны и к тому же отсутствуют данные о величине коэффициентов теплоотдачи с поверхности реальных заготовок, которые в боль­ шой мере зависят от состояния поверхности заготовок (толщины

ифизических свойств слоя окалины).

Сцелью получения необходимых данных для проектирования технологии горячей штамповки крупногабаритных толстолистовых деталей автором данной книги совместно с Н. И. Жильцовым были проведены в ЦНИИТМАШе исследования режимов остыва­

При экспериментальных записывалось изменение температуры поверхностного и среднего слоев толстолистовых заготовок тол­ щиной до 150 мм. Регистрация температуры проводилась при помощи термопар, зачеканенных в указанных слоях заготовки, и потенциометра. Для возможности сопоставления показаний и своевременного обнаружения неправильности в показаниях тер­ мопар использовали одновременно три комплекта устройств для замера температур.

Нагрев заготовок — образцов проводили в газовой печи ка­ мерного типа по принятым на заводах режимам.- Заготовки сажали в нагретую печь и выдерживали из расчета 1 ч на 35 мм толщины. Чтобы приблизить условия эксперимента к обычным производ­ ственным условиям, при выдаче заготовки из печи с ее поверх­ ности удаляли только легко отделяющийся толстый слой окалины, а сравнительно тонкий слой окалины, плотно прилипший к по­ верхности заготовки, оставляли до конца эксперимента.

Для охлаждения заготовки устанавливали на козлах высо­ той 1200 мм горизонтально так, чтобы они опирались краями на два огнеупорных кирпича, поставленных узкой стороной на верх­ нюю полку козел. Этот эксперимент имитировал остывание за­ готовок, подвешенных посредством цепей'с крюками или другого подобного устройства к крюку мостового крана.

Для сравнения интенсивности остывания заготовок при раз­ личных положениях были проведены эксперименты с остыванием заготовок, подвешенных вертикально, и заготовок, которые опи­ рались краями на кирпичи высотой 65 мм. Кирпичи устанавли­ вали непосредственно на полу. Последний эксперимент имити­ ровал остывание заготовки при нахождении ее в штампе на уста­ новочных штырях или подставках. Заготовки нагревали до двух

104

температур — 950 и 1100° С. Результаты экспериментов представ­ лены на рис. 35—37.

При расчетах температуры заготовки использовали в основном графики изменения температур среднего и поверхностных слоев заготовки при ее остывании на козлах (рис. 35, а, б).

Заготовка остывает в вертикальном положении быстрее, чем в горизонтальном положении, так.как при этом ее более интен­ сивно омывают потоки воздуха. На низких подставках заготовка остывает медленнее, чем на козлах, так как под заготовкой обра­ зуется воздушный «мешок».

0 5 10 15 20 25 30 55 40 45 50 55т,мин 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55Т,мин

Рис. 35. Изменение температуры во времени поверхностного и среднего слоев заготовки при остывании на воздухе:

на рис. 36. Используя этот график, можно внести коррективы

вданные, получаемые из графиков, представленных на рис. 35, а, б,

иопределить снижение температуры заготовки.

Для определения интенсивности снижения температуры за­ готовки в случае ее контакта со штампом был проведен следую­ щий эксперимент. Заготовку толщиной 90 мм и размерами в плане 1200x1200 мм штамповали в штампе со сферическими рабочими поверхностями и с толщиной стенки 160 мм и оставляли зажатой усилием пресса. В заготовку были вделаны термопары.

Изменение температуры среднего слоя заготовки при ее осты­ вании в штампе и на воздухе показано на рис. 37 (кривая / ) . Вертикальная линия соответствует моменту, когда заготовка зажималась между пуансоном и матрицей.

Скорость остывания заготовки, зажатой в штампе, увеличи­ валась на 30%. Остывание через контактные поверхности более тонких заготовок должно происходить примерно так же, т. е.

105

на 30% быстрее остывания на воздухе, если толщина рабочих стенок штампа будет пропорционально меньше.

В случае штамповки заготовок различной толщины в одном штампе остывание через контактные поверхности более тонких заготовок будет более интенсивным по сравнению с остыванием на воздухе, чем у толстых заготовок.

С нагревом штампа интенсивность остывания заготовки в штамп существенно уменьшается. При предварительном разогреве ра­ бочих поверхностей штампа до 250° С интенсивность остывания

\

850\

уменьшается примерно в 1,5 раза. В этом случае заготовка осты­ вает в штампе медленнее, чем на воздухе (кривая 2).

Снижение температуры поверхностного слоя заготовки будет более значительным в начальный момент контакта этого слоя со штампом, а затем его остывание по мере нагрева контактной, поверхности штампа замедляется и температурный перепад между средним и поверхностными слоями приходит в соответствие с ин­ тенсивностью остывания заготовки. Следовательно, если ин­ тенсивность остывания заготовок на воздухе и в штампе одина­ кова, то и температурные перепады между соответствующими слоя­ ми заготовки будут одинаковы.

Таким образом, если процесс штамповки происходит сравни­ тельно длительное время, как, например, при многопереходной штамповке или штамповке с выдержкой в штампе, то интенсив­ ность охлаждения заготовки приближенно можно определить по графикам охлаждения ее на воздухе с учетом соответствующего

106

поправочноого коэффициента на особенности процесса (соотно­ шения продолжительности контактов заготовки с инструментом и перерывов между ними, величины контактных участков по сравне­ нию с общей поверхностью заготовки, температуры рабочих по­ верхностей инструмента и др.).

Особое внимание при этом должно быть обращено на состоя­ ние поверхности заготовки. Если образующаяся при остывании заготовки окалина при первых переходах штамповки отваливается от поверхности заготовки, то интенсивность ее остывания может увеличиться в 1,5—2 раза.

При использовании искусственного циркуляционного водяного охлаждения штампа идтенсивность остывания - заготовки значи­ тельно увеличивается (рис. 37, штриховая линия). Более под­ робно штамповка с выдержкой и искусственное охлаждение штампа рассматривается в гл. IV.

Для определения средней температуры заготовки по значениям температуры на среднем и поверхностном слоях остановимся на рассмотрении характера распределения температурного поля по толщине заготовки [32].

Из условия теплоотдачи путем теплопроводности в попереч­ ном элементе неограниченной пластины или сектора цилиндра неограниченной длины установлена приближенная зависимость перепадов между температурами любого внутреннего и поверх­ ностных слоев:

происходит по параболе, а температурный перепад между сред­ ним и поверхностными слоями

Путём интегрирования уравнения (150) и соответствующих преобразований определим среднюю температуру поля по тол­ щине заготовки для условия теплоотдачи через боковые, поверх­ ности:

для пластины

для цилиндрического прутка

107

Г л а в а IV

ТЕХНОЛОГИЯ ШТАМПОВКИ

1. ШТАМПОВКА ЭЛЕМЕНТОВ ШТАМПО-СВАРНЫХ ДНИЩ СОСУДОВ И ОБШИВКИ КОРПУСОВ СУДОВ

К деталям рассматриваемой группы относятся: осесимметрич­ ные детали типа мелких днищ, диафрагм и диффузоров, имеющих криволинейную образующую и форму сферического или более сложного сегмента (рис. 38, а, б), а также неглубокие конусооб­ разные (рис. 38, в); прямоугольные и трапециевидные элементы штампо-сварных сферических, эллиптических и конических днищ (см. рис. 2, а, б), крупногабаритных сферических сосудов (см. рис. 2, е); элементы обшивки корпусов морских и речных судов прямоугольной и сложной конфигураций в плане и двояковы­ пуклой или выпукло-вогнутой формы.

Предельные размеры штампуемых деталей и элементов лими­ тируются в основном размерами штампового пространства листоштамповочного пресса, на котором намечено изготовление дета­ лей, а в некоторых случаях также усилием пресса.

Для штамповки перечисленных деталей можно использовать гидравлические прессы простого действия как листоштамповочные,

изготовляют наиболее простым способом штамповки — формов­ кой.

109