Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теория процессов ковки и штамповки. Учебное пособие.pdf
2.3. Протяжка
x
x
y
вдоль оси х со скоростью
, то справедливы соотношения: если нет уши-
1
рения металла, то
1, 0 .
Металл в центральном блоке 2 пластически деформируется,
1
x
0, ,
1max
x
если уширение максимально, то
h
поэтому поле скоростей для него запишем в виде
x
2
h
y
2
h
z
2
h
Для блока 3, движущегося поступательно, составляющие скорости
xyz
333
W
где
1; 0
.
h
Интенсивность скоростей деформации имеет вид
13 2
Тогда усилие деформирования Р определим из баланса мощностей
= 2P – мощность, подводимая к металлу посредством бойков.
деф
0; 1
WW WW
вн деф тр ср
,
1;
y
;
z
.
2
h
3
2
.
Мощность деформации найдем по формуле
hbl
W xyz bl
деф
Для расчета мощности трения воспользуемся выражением
где = m
, с – скорость скольжения.
s
Мощность сил среза определим по соотношению
и 23 – разрывы в скоростях на границах блоков.
где
12
8 ddd 16 1 .
Wxyxy
ср 12 23
000
si s
3
bl
Wx
hb hb
44
ss
33
00 00
8dd,
тр
00
c
dd dd,
2
61
Г л а в а 2. Теория процессов ковки
L
B
H
B
L
B
В частном случае решение уравнения баланса мощностей при усло-
вии
2, 2, 2 , 2 , , , 0HhBbB bH hHHBB даст
00 111 0
следующую формулу для расчета усилия протяжки:
2
PLB BL
3
s
H
14
Lh
2
.
2
Если рассмотреть начальную стадию протяжки и принять, что силы
трения пренебрежимо малы, можно получить верхнюю оценку нагрузок:
т H
р
2
14
BL
s
3
.
В случае, когда необходимо определить коэффициент уширения ,
следует использовать условие экстремума полной функции Р, записанной
dP
в виде
d
0
. Тогда можно найти по формуле
13
0,5
84
BB
LB H H
H
22
0
1
L
.
s
Ее графический анализ представлен на рис. 2.21 и показывает зависимость коэффициента уширения от безразмерных геометрических параметров очага деформации.
H/B=2
L/B
H/B
=1
Рис. 2.21. Зависимости показателя
уширения от геометрических параметров
протяжки
Анализ полученных зависимостей показывает, что коэффициент
уширения значительно растет при увеличении параметров
и
.
Расчетные формулы при выборе оборудования для протяжки.
Формулы для определения силовых параметров протяжки получены исходя из
тех же теоретических выкладок, что и формулы для осадки. Оборудование
для протяжки можно выбрать по соответствующим таблицам и диаграммам, однако при этом следует рассчитывать энергосиловые затраты. Так, усилие пресса Р, МН, необходимое для протяжки, определяется по формуле
62
2.4. Прошивка
Р Ba
10,17 10
H
a
в 0
0
5
,
где – коэффициент, учитывающий форму бойков (для плоских = 1, для
круглых = 1,25); – масштабный коэффициент; а – величина подачи,
мм; В
и H0 – размеры заготовки, мм.
0
Массу падающих частей G, кг, для протяжки находят с помощью за-
висимости
где
GHBa
1,7 1 0,17 10
– относительная степень деформации за один удар (не более 0,3).
h
H
a
0
h
в 00
1
,
2.4. Прошивка
Прошивка – это кузнечная операция, при помощи которой
в заготовках получают глухие или сквозные полости. При использовании
различных видов прошивки формоизменение металла существенно отличается.
Открытая прошивка (см. рис. 2.3, а) применяется при D/d>2, закрытая – при D/d<2. Особенности формоизменения при открытой прошивке
следующие: боковая поверхность свободна, исходная форма изменяется,
при этом высота Н уменьшается, диаметр D неравномерно увеличивается,
реализуется утяжка в месте входа прошивня, нижние края заготовки
отстают от бойка.
При закрытой прошивке (см. рис. 2.3, б) боковая поверхность ограничена матрицей и происходит увеличение высоты заготовки Н до величины Н
при свободной прошивке осуществляется осадка и радиальная раздача
заготовки. При этом под пуансоном реализуется схема напряженного состояния (трехосное неравномерное сжатие), а в кольцевой зоне участвуют
тангенциальные растягивающие напряжения. На второй стадии поверхность заготовки контактирует с боковыми стенками инструмента и
ца заполняется металлом. Тангенциальные растягивающие напряжения
в этот момент сменяются сжимающими (от действия реактивных сил боковых поверхностей матрицы). Третья стадия характеризуется обратным
выдавливанием металла, при этом формирование стенок изделия осуществляется в зазоре между матрицей и пуансоном.
и
. Формоизменение металла идет по трем стадиям. На первой стадии
1
матри-
Усилие и давление прошивки зависят от отношения D/d (рис. 2.22)
формы пуансона. Усилие закрытой прошивки (кривая 2) при прочих равных
63
Г л а в а 2. Теория процессов ковки
р
р
D
р
р
p
условиях больше, нежели усилие открытой (кривая 1). Это объясняется
большими энергосиловыми затратами при формировании стенки изделия
на третьей стадии.
Расчетные формулы для определения удельного усилия (давления)
открытой
ррk
2
P
2
1
D/d
Рис. 2.22. Зависимости давления и усилия
от геометрических параметров прошивки
и закрытой
о
1
D/d
прошивки приведены ниже.
з
оз
1 1,1ln ; 1,5 ln ,
ssd
DD
dd
22
6
d
3
k
d
D
2
где
k
d
Усилие открытой Р
d
1.
2
и закрытой Рз прошивки можно найти по фор-
о
мулам
Р
где F
=
о
– площадь поперечного сечения поковки
1
F1; Pз =
о
Контрольные задачи к главе 2
Номер
варианта
1 Определить массу падающих частей
молота, необходимого для осадки заготовки круглого сечения, если диаметр
поковки составляет 50 мм, высота заготовки 50 мм, а степень деформации по
высоте за удар принята равной 30 %
Условие задачи
F1,
з
Материал
изделия
Сталь
3сп
Дополнительные
условия
Температура нагрева
металла перед ковкой
1 200 С
64
Номер
варианта
2 Рассчитать усилие пресса для осадки
заготовки круглого сечения, если диаметр поковки составляет 600 мм, а высота поковки 900 мм
3 Определить усилие пресса, необходи-
мое для осадки заготовки с исходными
размерами: диаметр заготовки 740 мм,
высота заготовки 1 200 мм, высота по-
Условие задачи
Контрольные задачи
Материал
изделия
Дополнительные
условия
Сталь 40 Масштабный коэффи-
циент принять равным
0,75. Температура ковки
составляет 1 200 С
Сталь 50 Температура ковки со-
ставляет 1 200 С, мас-
штабный коэффициент
0,75
4 Построить эпюру осевых сжимающих
напряжений z , действующих по сечению заготовки при осадке, если диаметр поковки составляет 100 мм, а высота 60 мм
5 Рассчитать коэффициент интенсивно-
сти уширения при протяжке, если размеры плоской заготовки составляют
b
= 80 100 мм, высота поковки 50 мм
0h0
6 С использованием закона трения
Амонтона – Кулона рассчитать максимальное осевое напряжение и давление
при осадке цилиндрической заготовки
диаметром 250 мм и высотой 700 мм,
если диаметр поковки составляет 400 мм
7 Определить коэффициенты деформа-
ции по высоте, ширине и длине, если
протяжке подвергается квадратная заготовка со стороной 100 мм и длиной
300 мм, а высота поковки после деформации равна 80 мм. Коэффициент интенсивности уширения равен 0,5
8 Рассчитать усилие пресса для протяжки
на плоских бойках квадратной заготовки с размерами Н0 = В0 = 800 мм при
величине подачи 600 мм
9 Определить массу падающих частей
молота для протяжки на плоских бойках
заготовки с размерами Н0 = В0 = 100 мм
при подаче 100 мм
С1 Показатель трения по
Зибелю принять равным
0,8, учитывая, что реализуется холодная деформация. Количество
точек для построения
эпюры принять равным
пяти
М1 Величина абсолютного
уширения равна 10 мм
Сталь 40 Температуру ковки вы-
брать самостоятельно.
Сопротивление деформации принять равным 0,8
от предела прочности металла. Коэффициент трения принять равным 0,5
Сталь 10 Ширина бойков состав-
ляет 200 мм, величину
подачи выбрать самостоятельно
Сталь 40 Температура ковки со-
ставляет 1 100 С, мас-
штабный коэффициент
0,75
Сталь 40 Температура ковки со-
ставляет 1 000 С. Сте-
пень деформации за
один удар 0,1
65
Г л а в а 2. Теория процессов ковки
Номер
варианта
10 Вычислить коэффициенты деформа-
ции по высоте, ширине, длине, коэффициент интенсивности уширения,
степень укова и высоту поковки после
протяжки заготовки с размерами поперечного сечения 100×100 мм и длиной
320 мм, если размеры поперечного сечения поковки составляют 80×80 мм
11 Определить коэффициент уширения при
протяжке на плоских бойках заготовки
с размерами поперечного сечения
H
0×B0
40 мм, если размеры поперечного сечения поковки равны H×B = 20×20 мм
12 Определить усилие открытой прошив-
ки сплошным прошивнем, если диаметр заготовки равен 200 мм, а диаметр прошивня 80 мм
13 Рассчитать давление закрытой прошив-
ки цилиндрической заготовки диаметром 70 мм сплошным прошивнем, диаметр которого составляет 60 мм
14 Вычислить усилие закрытой прошивки
цилиндрической заготовки диаметром
70 мм сплошным прошивнем, диаметр
которого составляет 60 мм
Условие задачи
= 50×50 мм при величине подачи
Контрольные вопросы и задания
1. Назовите последовательность стадий течения металла при осадке
высокой заготовки.
2. В чем выражается неравномерность деформации при осадке?
3. Какие параметры влияют на бочкообразование при осадке?
4. Назовите зоны очага деформации, в которых реализуется различ-
ное деформированное состояние металла.
5. Какие приемы применяют для уменьшения неравномерности де-
формации при осадке?
Материал
изделия
С1 Ширину бойков выбрать
С2 Коэффициент трения по
Сталь 30 Влияние толщины отхода h
Сталь 50 Температура ковки состав-
Сталь 50 Температура ковки состав-
Дополнительные
условия
самостоятельно
Зибелю принять равным
0,8
не учитывать. Температура
ковки составляет 1 000 С.
Сопротивление деформации принять равным 0,8 от
предела прочности металла
ляет 1 200 С. Сопротивление деформации принять
равным 0,8 от предела
прочности металла
ляет 1 200 С. Сопротивление деформации принять
равным 0,8 от предела
прочности металла
66
Контрольные вопросы и задания
6. Назовите характерные дефекты, которые могут возникнуть на по-
верхности поковки при осадке заготовок из малопластичных сплавов.
7. При каком значении коэффициента напряженного состояния мож-
но определить величину разрушающей деформации при осадке?
8. В каком сечении поковки при осадке низкой заготовки величина
нормальных напряжений будет максимальна?
9. От каких параметров зависит температура поковок
при осадке?
10. Каким образом определить вес падающих частей молота для осадки?
11. От каких параметров зависит усилие осадки?
12. Для каких целей, кроме формоизменения металла, используется
протяжка?
13. С помощью каких коэффициентов деформации можно характери-
зовать процесс протяжки?
14. Каким образом определяют уширение при протяжке?
15. Каким условием необходимо воспользоваться для расчета
поковки при протяжке бруса?
16. Что такое уков металла, и каков его оптимальный диапазон зна-
чений при протяжке?
17. При каких значениях укова проявляется анизотропия свойств ме-
талла при протяжке?
18. Какой тип дефектов при протяжке называют «ковочный крест»?
19. В какой зоне поковки реализуются максимальные растягивающие
напряжения при протяжке?
20. Каков
диапазон оптимальных величин относительной подачи при
протяжке?
21. Почему протяжку заготовок из малопластичных сплавов ведут
широкими бойками при больших подачах?
22. Укажите причину появления разрывов внутри протянутой заготовки.
23. Какие величины находят путем решения уравнения баланса мощ-
ностей при протяжке?
24. Для каких целей используют протяжку вырезными бойками?
25. В чем принципиальное отличие
в формоизменении при протяжке
и раскатке на оправке?
26. При каких условиях применяется открытая прошивка?
27. Перечислите стадии формоизменения при закрытой прошивке.
28. От каких параметров зависит давление открытой и закрытой
прошивки?
29. При каких отношениях диаметра прошивня к диаметру поковки
применяют открытую прошивку?
30. По каким причинам усилие при закрытой прошивке выше,
усилие открытой прошивки при одинаковых условиях деформации?
длины
чем
67
Г л а в а 3. Теория процессов объемной штамповки
Г л а в а 3 ТЕОРИЯ ПРОЦЕССОВ
ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ
Расчетные оценки операций объемной штамповки связаны с совершенствованием технологических процессов на основе решения
аналитических и экспериментальных задач обработки металла. В отличие
от ковки объёмная штамповка обеспечивает нужные фиксированные размеры вдоль трех осей, поэтому решение указанных задач усложняется
и требует применения современных математических методов. В связи с этим
методики расчета формоизменения и энергосиловых параметров процесса
объемной штамповки отличаются наибольшей сложностью и не всегда
формализуемы.
Процесс штамповки заключается в принудительном перемещении
металла заготовки в полости специализированного инструмента – штампа.
Две полости штампа (ручьи) при совмещении образуют форму штампуемой поковки. Заготовку приближают к форме поковки в предварительных
(подготовительных) и оформляют
ях. Так как силы трения препятствуют заполнению угловых элементов
штампа и приводят к значительному увеличению усилия деформации, то
при штамповке, как правило, применяют смазку.
В соответствии с используемым для деформации оборудованием выделяют три основных разновидности штамповки: на молотах; на прессах
(кривошипных горячештамповочных, гидравлических, винтовых
зонтально-ковочных машинах.
Формоизменение производят с помощью трех основных видов
штамповки: в открытых штампах, в закрытых штампах и выдавливанием.
затем в окончательных (черновых) ручь-
); на гори-
3.1. Штамповка в открытых штампах
Штамповка в открытых штампах сопровождается образованием заусенца (облоя), который выполняет специальные технологические функции. На рис. 3.1 представлена схема штамповки в открытых
штампах. Верхняя половина штампа
ствием усилия
этом деформируется в ручьях
Р и давит на торцевые поверхности заготовки 5. Металл при
6 штампа, образованных верхней 1 и нижней 2
половинами, и, заполняя его, вытекает в заусенечную канавку
рованная таким образом поковка
68
1 (рис. 3.1, а) перемещается под дей-
3. Сформи-
4 (рис. 3.1, б) имеет по периметру заусе-
3.1. Штамповка в открытых штампах
6
7
нец (облой) 7. Для извлечения поковки из штампа служат штамповочные
уклоны
, величина которых составляет 5–10о.
P
1
3
P
2
а б
Рис. 3.1. Схема штамповки металла в открытых штампах:
а – до деформации; б – после деформации
5
4
Открытая штамповка характеризуется следующими факторами:
1. Объем металла непостоянен. Следовательно, имеется часть метал-
ла, которая удаляется в отход. При этом должно соблюдаться условие
V
= Vп + Vз,
заг
где
V
, Vп, Vз – соответственно объемы заготовки, поковки и заусенца.
заг
2. Направление вытеснения металла перпендикулярно направлению
движения штампа.
3. Заусенец (облой) создает противодавление, которое, увеличивая
гидростатическое давление в штампе, обеспечивает заполнение угловых
элементов ручья; при этом реализуется возможность регулирования заполнения штампа.
При открытой штамповке выделяют три основные стадии течения
металла (рис. 3.2): свободную осадку (рис
(рис. 3.2,
б) и выдавливание заусенца (рис. 3.2, в). На практике существует
. 3.2, а); заполнение штампа
и четвертая (нежелательная) стадия, когда ручьи штампа заполнены, но
поковка не выполнена по высоте. Постадийное изменение усилия штамповки при перемещении штампа
H представлено на рис. 3.2, г.
Основной недостаток штамповки в открытых штампах – большие
потери металла на заусенец, которые зависят от массы и формы поковок и
могут достигать 30 % и более. Кроме того, волокна металла при удалении
облоя оказываются перерезанными, что снижает качество поковок.
Усилие штамповки при выборе кривошипного горячештамповочного
пресса для круглых в плане поковок можно рассчитать
по формуле
69
Г л а в а 3. Теория процессов объемной штамповки
x
x
где
PF F
b
, h3 – соответственно ширина и толщина мостика облоя, мм; F3, F1 –
3
1, 5 0, 3 75 1, 2 5 ln
T3 1
bb
33 п
2
hh h
33 3
D
,
соответственно площадь проекции мостика облоя и поковки на плоскость
2
разъема, мм
; Dп – диаметр поковки, мм (для поковок, близких по форме
к круглым и квадратным в плане, принимают
1,13
DF ).
п
п
P
Q
Q
а б в г
Рис. 3.2. Стадии формоизменения металла (а–в) и изменение усилия (г)
P
Q
Q
P
P
при штамповке в открытых штампах
P
H
Массу падающих частей штамповочного молота G,кг, для круглых
в плане поковок находят по формуле [10]
5,6 1 0,0005 ln 10GDxxx
,
п 12 3T
4
где
2
3,75 0,25 75 0,001
13пп
x
.
3
bD D
2,5 75 0,0011D
Dh
п 3
2
п
;
Db bD D
2 п 33пп
2
0,5 0, 25 0, 02
;
Модель формоизменения и оценки усилия деформации при штамповке в открытых штампах.
Рассмотрим схему штамповки в открытых
штампах (рис. 3.3) осесимметричной поковки, имеющей плоскость симметрии. Обычно процесс штамповки состоит из двух этапов: одновременного деформирования ступицы и дисковой части поковки и выдавливания
заусенца. Рассмотрим формоизменение металла на первом этапе. Положение свободных поверхностей будем определять по среднему внешнему
диаметру 2R
и средней высоте ступицы 2zi.
i
При постановке задачи приняты следующие допущения:
● деформация осесимметрична и симметрична относительно плоско-
сти, проходящей при z = 0 перпендикулярно оси z;
70