Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теория процессов ковки и штамповки. Учебное пособие.pdf
Контрольные вопросы и задания
5. От каких параметров зависит усилие деформации при пробивке
отверстий в листовых материалах?
6. Как выбирается зазор между матрицей и пуансоном при вырубке?
7. Укажите последовательность стадий формоизменения при одноуг-
ловой гибке металлических заготовок из листовых материалов.
8. Какие слои металла при гибке подвергаются наибольшим дефор-
мациям?
9. Под действием каких напряжений при
вытяжке без утонения сте-
нок и отсутствии прижима образуются гофры?
10. Какое условие должно выполняться для того, чтобы осуществить
вытяжку за один переход?
11. Где наиболее вероятен обрыв металла при вытяжке с прижимом
без утонения стенок?
12. Как рассчитывается коэффициент вытяжки?
13. От каких факторов зависит минимально допустимый коэффици-
ент вытяжки?
14. В
чем особенности расчета усилия при вытяжке в несколько
переходов?
15. Какая схема напряженно-деформированного состояния реализуется на краю фланцевой части вытянутого изделия на первом переходе
вытяжки?
16. Для чего применяется прижим при вытяжке листовых материалов, и при каком условии он необходим?
17. Какие факторы следует учитывать при определении максимального
растягивающего
напряжения, действующего в радиальном направлении?
18. Какие особенности процесса позволяют при вытяжке с утонением
стенок получать детали с большим отношением высоты к диаметру?
19. От каких параметров зависит усилие вытяжки цилиндрических
деталей с утонением стенок?
20. Какое условие должно соблюдаться при рельефной формовке,
чтобы не произошло разрывов растягиваемого участка детали?
21. От каких
параметров зависит усилие рельефной формовки?
22. В каком месте деформированной заготовки при отбортовке от-
верстий возможно появление трещин?
23. В чем особенности напряженно-деформированного состояния
при отбортовке?
24. От каких параметров зависит усилие отбортовки?
25. Для чего предназначена операция «обжим»?
26. Какие стадии формоизменения реализуются при обжиме в конической матрице?
27. От
каких параметров зависит усилие обжима?
41
Г л а в а 1. Теория процессов листовой штамповки
28. Как протекает формоизменение при проведении операции листовой штамповки, предназначенной для увеличения диаметра краевой части
полой цилиндрической заготовки (трубы)?
29. К появлению каких дефектов при раздаче могут привести тангенциальные растягивающие и радиальные сжимающие напряжения при
больших степенях деформации?
30. Как изменяется усилие при раздаче коническим пуансоном?
42
2.1. Ковка и разновидности ее операций
Г л а в а 2 ТЕОРИЯ ПРОЦЕССОВ
КОВКИ
Расчетный механизм теории ковки связан с физическими,
реологическими, механическими и металловедческими задачами. Основные
из них следующие: придание поковке заданной формы и размеров с необходимой точностью; исправление дефектов литой структуры и уменьшение структурной неоднородности; преобразование литой структуры в деформированную и обеспечение высокого уровня механических свойств.
В связи с
течения металла по схемам различной сложности в результате взаимодействия инструмента и деформируемого металла, а также расчет силовых
и энергетических параметров применительно к отдельным кузнечным операциям для выбора оборудования.
этим в теории ковки рассматриваются вопросы моделирования
2.1. Разновидности операций ковки
Ковка – операция обработки металлов давлением, заключающаяся в деформации заготовки бойками с возможностью свободного
течения металла в направлениях, не ограниченных инструментом. К достоинству ковки относят возможность с помощью простого и дешевого инструмента изготовлять поковки разнообразной формы и размеров любой
массы (от гаек и болтов до коленчатых валов современных
Главным преимуществом процесса ковки является возможность обрабатывать крупные слитки и заготовки. В тяжелом машиностроении количество
кованых поковок достигает 90 %, а в автомобилестроении (серийное
и массовое производство) до 98 % изготовляются объемной штамповкой.
Поэтому потребность, а также вид и объем продукции обусловливает применение ковки. Ее используют в единичном и мелкосерийном производстве.
ее недостаткам можно отнести значительный расход металла и низкую
К
производительность по сравнению с объемной штамповкой.
Технологические процессы ковки состоят из ряда простых или сложных элементов: нагрев заготовки, формоизменяющие операции, отделочные операции, термообработка.
К основным операциям ковки относятся осадка (рис. 2.1), протяжка
(рис. 2.2) и прошивка (рис. 2.3).
Протяжка плоскими бойками (рис
счет варьирования формы инструмента и назначения поковки.
. 2.2, а) может видоизменяться за
кораблей).
43
Г л а в а 2. Теория процессов ковки
H
P
P
H
P
P
P
P
H
0
а б в г
Рис. 2.1. Основные разновидности осадки: а – осадка плоскими бойками; б – осадка
кольцевыми плитами; в – высадка; г – обкатка по диаметру
a
P
P
0
b
а б в г д
Рис. 2.2. Основные разновидности протяжки: а – протяжка плоскими бойками;
б – протяжка вырезными бойками; в – протяжка комбинированными бойками;
г – раскатка на оправке; д – протяжка на оправке
H
0,1H1 H
1
D
1
а б
Рис. 2.3. Разновидности прошивки: а – открытая; б – закрытая
P
d
44
2.2. Осадка
P
M
Q
H
Осадка (рис. 2.1, а) – одна из наиболее распространенных операций
ковки. Она имеет следующие разновидности: осадка кольцевыми плитами
(рис. 2.1, б), применяемая при обработке заготовок больших размеров; высадка (рис. 2.1, в), представляющая собой осадку на части длины заготов-
ки, и обкатка по диаметру (рис. 2.1, г), использующаяся для устранения
бочкообразования после осадки.
Так, разновидностями
протяжки являются протяжка вырезными
(рис. 2.2, б) и комбинированными (рис. 2.2, в) бойками, раскатка на оправке (рис. 2.2, г), при которой увеличивают внутренний и внешний диаметр
заготовки за счет уменьшения толщины ее стенки, и протяжка на оправке
(рис. 2.2, д), применяемая для увеличения длины толстостенных заготовок.
При использовании операции прошивки получают поковки с
отверстием,
причем в качестве разновидностей операции выделяют открытую (рис. 2.3, а)
и закрытую (рис. 2.3, б) прошивку.
Получение поковок разнообразной формы и размеров требует применения и других операций ковки (рис. 2.4). Такими являются кузнечная
гибка (рис. 2.4, а), скручивание (рис. 2.4, б), рубка (рис. 2.4, в), передача
(рис. 2.4, г).
0
а б в г
Рис. 2.4. Операции ковки: а – кузнечная гибка; б – скручивание; в – рубка; г – передача
P
0
0,1H
К отделочным операциям ковки относят обрезку, правку, проглажи-
вание и др. Базовыми элементами теории ковки являются вышеперечисленные операции с позиции изменения формы очага деформации и силовой загрузки оборудования. Приведем краткий анализ формоизменения
и энергосиловых параметров для основных операций ковки.
2.2. Осадка
Осадка – это кузнечная операция, предназначенная для
увеличения поперечного сечения заготовки за счет уменьшения ее высоты.
Применяется: как основная операция (формоизменяющая) для получения
поковок заданной формы и размеров и как дополнительная операция для
увеличения общей степени деформации при ликвидации литой структуры,
45
Г л а в а 2. Теория процессов ковки
H
H
анизотропии свойств и обеспечения соответствующего расположения волокон в будущей детали, а также как вспомогательная операция для определения реологических характеристик металлов и сплавов.
В качестве показателей деформации при осадке используются (рис. 2.5):
абсолютная степень деформации Н = Н
HH
и коэффициент укова по высоте
h
01
H
H
0
0
100 %
D
D
max
ΔH
H
1
– Н1, относительная степень
0
У =
Рис. 2.5. Схема осадки
0
.
1
При анализе формоизменения металла при осадке в связи с его раз-
личными характеристиками условно выделяют осадку высоких (H
и низких (H
/ D0 < 1) заготовок. Во избежание потери устойчивости и по-
0
/ D
0
1)
0
явления продольного изгиба осадке в цеховых условиях подвергаются заготовки с отношением H
/ D
0
2,5.
0
Рассмотрев очаг деформации при осадке (рис. 2.6), можно выделить
следующие зоны: затрудненной деформации (основной фактор – трение на
контакте с инструментом), где реализуются схемы всестороннего сжатия
(зона 1); наиболее интенсивной осевой и радиальной деформации (зона 2);
кольцевых растягивающих напряжений (зона 3), где реализуются средние
по интенсивности деформации; равномерной деформации (зона 4).
Часто анализ формоизменения металла
ведут для случая осадки
предельно высокой заготовки. При этом отмечается следующая последовательность течения металла. При H / D 2 идет осадка с двойным бочкообразованием. При дальнейшей осадке происходит слияние двух бочкообразований в одно. После этого в момент времени, когда относительная высота
заготовки находится в пределах H / D > 0,25–0,5, реализуется
непрерывное
сближение зон затрудненной деформации до момента их взаимодействия.
Окончательным этапом процесса осадки (H / D < 0,25) служит сближение
зон затрудненной деформации и их взаимодействие, которое сопровождается резким повышением усилия, необходимого для осадки. При этом размер зоны 1 возрастает, а зон 2 и 3 уменьшается.
46
2.2. Осадка
P
Из-за неравномерной деформации (течение металла сдерживается
на контакте за счет сил трения) происходит бочкообразование, которое
нежелательно, особенно для легированных сталей, чувствительным к растягивающим напряжениям. Бочкообразование зависит от степени дефор-
мации
казателя бочкообразования
отношения H0 / D0; условий трения на контакте. Зависимость по-
h
V
б
(где Vб – объем металла в зоне
100 %
V
бочкообразования, V – объем заготовки) от этих параметров показана на
рис. 2.7. На практике для устранения бочкообразования применяют смазки,
осадку коническими бойками, обкатку по диаметру.
Рис. 2.6. Формоизменение металла при осадке высокой заготовки
Рассмотрев напряженно-деформированное состояние при осадке
в условиях максимального трения (рис. 2.8), отметим, что деформация
в направлении активного усилия отрицательна.
H
H
0/D0
H
Рис. 2.7. Зависимость показателя
бочкообразования от параметров
осадки
0/D0
= 0,25
0/D0
= 1
= 2
h
Рис. 2.8. Напряженно-деформированное
состояние при осадке
в условиях максимального трения
Главные напряжения в процессе осадки представляют собой процесс
всестороннего неравномерного сжатия. Растягивающие напряжения, появляющиеся вследствие бочкообразования, могут достигать значительной
величины и вызывать продольные трещины на поверхности заготовки.
47
Г л а в а 2. Теория процессов ковки
R
P
H
r
R
z
Математическая модель оценки неоднородности деформации
при осадке.
Рассмотрим построение модели, с помощью которой возможен
анализ неравномерности деформации при осадке. В качестве геометрической модели представим очаг деформации в виде, показанном на рис. 2.9.
Построим кинематически возможное поле скоростей. Аппроксима-
ция радиальной составляющей скорости
с учетом бочки дает следующее
r
выражение:
a
r
2
zr
1,
2
h
где a – варьируемый скоростной коэффициент.
h
D=2
Рис. 2.9. Упрощенная схема очага деформации
для оценки неравномерности деформации
Тогда составляющие скорости деформации запишем в виде
при осадке
dz z
rr
dr R r R
r
aa
22
1; 1.
11
22
hh
По условию несжимаемости определим составляющую скорости
daz zz
zz rr zz z
0; 1 ; 2 2
z
dz R R
2
23
22
hhR
aa C
3
Воспользуемся граничными условиями, в качестве которых запишем
0
,
z
z
0
2
zz
a
21
R
2
3
h
.
48
Получим С = 0. Тогда
z
:
z
.
2.2. Осадка
R
R
R
H
Из граничных условий
z
3
a
.
h
4
Окончательное поле скоростей и поле скоростей деформации имеют
следующий вид:
3
z
2
3
r
4
2
zz
h
3
1
h
1
2
h
2
z
2
h
Интенсивность скоростей деформации при условии, что
= –2rr, r = z = 0, запишем в виде
zz
23 или 31 .
22
rr rz
найдем варьируемый параметр
zh
zz
3
2
h
rr
3
4
h
3
rz
34
h
2
2
222
zrz
24
hh
2
z
1
2
h
zr
h
2
2
z
1
.
3
2
h
=
rr
,
Известно, что при однородной осадке (когда напряжение трения рав-
но нулю) интенсивность скорости деформации
, тогда оценку не-
3
0
h
однородности деформации даст соотношение
2
0
34
31
2
222
zrz
24
hh
.
Анализ неоднородности деформации приведен в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Номер точки 1 2 3 4
Координаты
r = 0
0
z = 0
r = 0
1,5
z = h
r = 0
0
z = h
r = R
3
h
z = 0
r = R
1,5
Таким образом, путем расчетов установлено, что наиболее интенсив-
ная деформация реализуется в точках 1, 4, а в точке 3 неоднородность де-
D
формации зависит от соотношения
или
.
h
49
Г л а в а 2. Теория процессов ковки
р
P
Оценка возможности осадки без разрушения. Классической схе-
мой напряженного состояния при осадке является схема всестороннего
сжатия. Но вследствие неравномерности деформации схема напряженного
состояния меняется, появляются растягивающие напряжения значительной
величины в радиальном и тангенциальном направлениях (рис. 2.10), что вызывает на поверхности заготовки продольные трещины (особенно это характерно для малопластичных сплавов).
Анализируя схему осадки для данного случая
, в заготовке условно
выделяют две зоны – цилиндрическую (1) и кольцевую (2). Причем первая
стремится растянуть в радиальном направлении вторую, что при низкой
пластичности металла может привести к разрывам. Поэтому важно опре-
делить допустимую величину деформации Н, которая приведет к разрушению. Из теории ОМД известно, что величина разрушающей деформации
зависит от показателя напряженного состояния kн (рис. 2.11).
Рис. 2.10. Схема для оценки возможности осадки без
разрушения
Из условия связи девиатора напряжений с девиатором скорости де-
формации имеем
rrr
где
– нормальное октаэдрическое напряжение; 0 – касательное октаэд-
0
рическое напряжение;
2
0
0
k
0
н
0
или
– показатель напряженного состояния.
0
0
Рис. 2.11. Зависимость
величины деформации
от показателя
напряженного состояния
2
rr
,
r
k
н
50