3.2. Штамповка в закрытых штампах

Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Теория процессов ковки и штамповки. Учебное пособие.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 118 9 10 11 > Следующая >>>







● материал идеально пластичен;

● влияние радиусов закругления и штамповочных уклонов незначи-

тельно;

3.1. Штамповка в открытых штампах

● напряжения трения максимальны и равны

 .

Разделим очаг деформации на несколько областей. Область 1 огра-

ничена координатами 0 ≤ r ≤ R

, 0 ≤ z ≤ z2 и представляет собой элемент

ступицы и дисковой части поковки. Область 2 характеризуется пределами R

≤ r ≤ Ri, 0 ≤ z ≤ z2 и соответствует дисковой части поковки. В жесткой

области 3, ограниченной координатами 0 ≤ r ≤ R

, z2 ≤ z ≤ zi, металл пере-

мещается поступательно вдоль оси z. Так как деформация осесимметрична, то с учетом условия ϑ ϑ

= f(r), ϑz = f(z).

= 0 составляющие скорости можно записать в виде

Рис. 3.3. Геометрическая модель штамповки

осесимметричной поковки в открытых штампах

Тогда скорость ϑz аппроксимируем выражением

запишем из условия равенства потоков металла:

) = Q(ϑ1)

Q(ϑ

или

rz r r  

 , а скорость

Г л а в а 3. Теория процессов объемной штамповки

















Откуда

 

Здесь скорость





 

  



при rR

  

при RrR

Следовательно, в областях 1 и 3 скорость ϑ

раметру – осевой скорости элементов ступицы найти из решения задачи. А в области 2 скорость ϑ

мещения штампа. Величина

принята положительной, если имеет место

равна варьируемому па-

, которую необходимо

равна скорости пере-

уменьшение высоты заготовки в месте ступицы, и отрицательной, когда она направлена против хода движения штампа. По смыслу задачи



≤ ϑ.

Окончательно поле скоростей по областям представим в следующем виде:



в области 1

в области 2

в области 3





 



;

rz z





RrR





;

222





;

Определив скорости течения металла, поле скоростей деформаций найти несложно, поэтому сразу приведем выражение для расчета интенсивности скорости деформации для различных областей очага деформации. Так, для области 1 будем иметь



для области 2

для области 3

  



izzrr

  

.

 

 

11 22

Для верхней оценки усилия штамповки в открытых штампах вос- пользуемся уравнением баланса мощностей

WW WW

вн деф тр ср



где мощность деформации

zR z

00 0



W rrz rrz rrz

деф

22 dd 4 dd dd

   

 



ssi s i i

    

;



;

21 2

 

 

3.1. Штамповка в открытых штампах















Мощность среза развивается на разрывах скоростей ϑr и ϑz. В данном случае границы, разделяющие области при z = ± z

и r = R1, являются

поверхностями разрыва касательных составляющих скорости: при z = ± z скорости ϑ

; а при r = R1 скорости ϑz. Тогда можно записать, что

 

rR zz





Следовательно, мощность среза



   

WRz

ср 1





Для определения мощности трения на скоростях скольжения W





не-

тр

обходимо знать скорость скольжения металла по поверхности контакта с инструментом ϑ

(z = z



) поверхности



. Тогда

, которая состоит из скоростей скольжения на торцевой

 и на цилиндрической (r = R1) поверхности –

с r

WrrRz

4dd

   

тр 1

к cc







Подстановка в уравнение баланса мощностей для случая отсутствия границы раздела течения металла в дисковой части поковки окончательно даст формулу для расчета усилия штамповки:

где

Р RKR

 

   .

1ln

zzRR

iii













232

333









На стадии заполнения полости штампа, когда

, в дисковой об-

ласти заготовки возникает граница, разделяющая течение металла к оси и от оси. Радиус этой границы можно найти из геометрических соотношений, связывающих искомый радиус и варьируемый параметр – скорость



ступицы





н 1

1rR

Как видим, и граница раздела, и оценка мощности (усилия) зависят от скорости



. Поскольку в рассматриваемом случае 0 ≤



≤ , то усилие

Г л а в а 3. Теория процессов объемной штамповки









будет определяться одним из крайних значений скорости



К > 0, то

= 0, а если К < 0, то

= ϑ. При образовании границы раздела



, т. е. если

течения металла использование для определения варьируемого параметра

W

вн



условия





приведет к нелинейному уравнению. Поэтому для упро-

щения вычислений в качестве варьируемого параметра модели будем использовать радиус границы раздела течения r



вн





нн

WWW



деф тр ср

. Тогда

Окончательно, решив последнее уравнение, получим

11 3 2

  

rRR z

н i

23 2 3

1ln







Таким образом, в зависимости от текущих размеров заготовки, возможны три стадии формирования ступицы поковки:

если величина К < 0 (например, при относительно малых радиусах R то высота заготовки в области ступицы (z

) уменьшается со скоростью

верхнего штампа (

если рассчитанное r части поковки), то высота заготовки в области ступицы увеличивается (

если К > 0, а величина r цы постоянна (

= ϑ);

> R1 (например, при тонком полотне дисковой



< 0);

 R1, то высота заготовки в области ступи-



=0) и по мере осадки происходит лишь относительное

увеличение ступицы.

3.2. Штамповка в закрытых штампах

Штамповку в закрытых штампах (безоблойную штамповку) применяют для получения поковок несложной формы с небольшой разницей в размерах сечений. Заготовка 5 диаметром D помещается в штамп, основными частями которого являются пуансон 1, матрица 2 и выталкиватель 3. При перемещении пуансона происходит последовательное осаживание заготовки и заполнение полости штампа с образованием поковки заданных размеров и формы. При этом инструмент не обеспечивает свободного удаления цилиндрической поковки 4 из ручья штампа. Для удаления

поковки из полости штампа применяют штамповоч-

ные уклоны α и выталкиватель 3.

и высотой H0 (рис. 3.4)

3.2. Штамповка в закрытых штампах

Для горизонтально-ковочных машин штамп может быть выполнен разъемным и состоять из трех частей (пуансон и разъемная матрица). Практически некоторая часть металла затекает в зазоры между разъемными частями закрытого штампа, образуя незначительный заусенец. Объем последнего зависит от колебаний объема заготовки и износа штампа. Большой объем заготовки из-за отсутствия возможности

фиксировать момент заполнения ручьев (окончание процесса штамповки) приводит к распору штампа, что отрицательно сказывается на его долговечности. Поэтому основным соотношением, принятым для технологических расчетов при штамповке в закрытых штампах, является V

заг

 V

руч

Рис. 3.4. Схема штамповки

в закрытых штампах

Hп

Штамповка в закрытых штампах характеризуется значительной экономией металла, отсутствием дополнительной операции обрезки облоя, благоприятной схемой всестороннего сжатия, меньшей величиной уклонов (α = 1–3

), чем при открытой штамповке. Особенно эффективна схема штамповки в закрытых штампах для малопластичных сплавов, так как боковой подпор стенок полости штампа значительно повышает гидростатическое давление, в результате чего пластичность металла возрастает. Кроме того, макроструктура поковок характеризуется тем, что волокна металла получают очертания контура поковки и не перерезаны.

Основным

недостатком способа штамповки в закрытых штампах является его неуниверсальность. Например, круглый контур поковки при штамповке в закрытых ручьях неприемлем из-за нетехнологичности конструкции инструмента, что характеризуется низкой стойкостью кромок штампа. Существенно снижают область применения закрытых штампов ограниченность рациональных форм штампуемых поковок и необходимость точной дозировки металла. Кроме того

, точность поковки по высоте

ниже, чем при штамповке в открытом штампе.

Г л а в а 3. Теория процессов объемной штамповки

Во избежание перегрузки штампов и оборудования при нарушении условия равенства объемов заготовки и поковки применяют компенсаторы. Это специальный приемник излишков металла, расположенный в месте наиболее трудного заполнения металлом штампа, в который выдавливается лишний металл после оформления поковки. В отдельных случаях компенсатор выполняет те же функции, что и заусенечная канавка. При

этом металл тормозится при выходе из полости штампа, обеспечивая заполнение всех его углов, и в то же время излишки металла поступают в компенсатор, не создавая перегрузки инструмента и оборудования.

Так как при закрытой штамповке не предусматривается заусенец и реализуются только две стадии формоизменения (осадка и заполнение штампа), то усилие

при всех других одинаковых параметрах всегда мень-

ше усилия штамповки в открытых штампах.

Усилие деформации для круглых в плане поковок можно рассчитать по формуле

 

Px xxxxHrrF

где

2,07 1 1, 5ln 12 1 4,5 1, 92 1, 5 ,

           

Т 111221121

  

   



 ; r

на и угла матрицы; Н

1, 5

rxD

221

, r2 – соответственно радиусы закругления пуансо-

– высота поковки; D1 – диаметр поковки.

3.3. Штамповка выдавливанием

Штамповка выдавливанием устраняет один из недостатков закрытой штамповки – необходимость точной дозировки металла за счет конструктивно нового решения формы штампа (рис. 3.5). Поковка в таком штампе состоит из двух основных частей: корпуса и стержневой части. А штамп выполнен закрытым с двумя плоскостями разъема, причем имеется основная полость штампа диаметром D (рис. 3.5, а) ния диаметром d. В качестве разновидностей данного процесса выделяют прямое, обратное, комбинированное и боковое выдавливание, которые отличаются направлением перемещения металла относительно направления перемещения инструмента.

При штамповке выдавливанием можно выделить несколько преимуществ. Одно из них – это возможность получения поковок из малопластичных сплавов с точными размерами и

качественной поверхностью, пластическая деформация которых облегчается в условиях всестороннего неравномерного сжатия. Вторым достоинством является возможность выдавливания в стержневую часть поковки излишка металла и его последующего

и полость выдавлива-

3.3. Штамповка выдавливанием

удаления. Таким образом, при штамповке выдавливанием по сравнению с закрытой штамповкой нет необходимости в точной дозировке объема металла. Процесс штамповки при перемещении Н ползуна пресса характеризуется уменьшением металла в основной полости инструмента, высоким качеством поковок, а также отсутствием отхода металла в заусенец.

Наиболее важными недостатками процесса являются ограниченность

форм

поковок, высокие удельные усилия деформации и, как следствие,

относительно низкая стойкость и сложная конструкция инструмента.

D(F)

d(f)

а б

Рис. 3.5. Штамповки выдавливанием: а – формоизменение металла;

б – диаграмма усилия штамповки

Течение металла при штамповке выдавливанием осуществляется в три стадии: осадка до момента соприкосновения с боковыми стенками оси полости штампа; заполнение основной полости штампа; формирование поковки в полости выдавливания.

Усилие штамповки выдавливанием для показанной схемы прямого выдавливания можно определить по формуле





PlnF

12 22

   





2sin 1 cos







FLl

fDd

Если поперечное сечение поковки отличается от круга, то вместо диаметров D и d необходимо использовать приведенные диаметры

1,1 3 , 1,1 3DFd f. Особенностью диаграммы усилия (рис. 3.5, б)

является снижение усилия выдавливания к концу второй стадии течения металла из-за уменьшения сил трения по контакту в основной полости штампа.

Г л а в а 3. Теория процессов объемной штамповки

Контрольные задачи к главе 3

Номер

варианта

1 Рассчитать высоту цилиндрической за-

готовки диаметром 100 мм для штамповки в открытых штампах круглой в плане поковки диаметром 120 мм и высотой 60 мм

2 Определить высоту цилиндрической

заготовки диаметром 50 мм для штамповки в закрытых штампах поковки с размерами bhl = = 2020100 мм

3 Определить высоту поковки после

штамповки в закрытых штампах, если заданы параметры заготовки: диаметр

50 мм, высота 40 мм и диаметр поковки 70 мм

4 Определить высоту поковки после

штамповки в открытых штампах, если заданы параметры заготовки: диаметр

80 мм, высота 60 мм; диаметр поковки – 100 мм

5 Рассчитать усилие штамповки в откры-

тых штампах для круглой в плане поковки диаметром 35 мм, если параметры заусенечной канавки следующие:

hз = 5 мм, bз = 12 мм

6 Рассчитать усилие штамповки в откры-

тых штампах для квадратной в плане поковки со стороной 70 мм, если параметры заусенечной канавки следующие: hз = 4,5 мм, bз = 8 мм

Условие задачи

Материал

изделия

Дополнительное

условие

С1 Величину штамповоч-

ных уклонов не учитывать

С2 Величину штамповоч-

ных уклонов не учитывать

Сталь 3сп Потери металла на

угар незначительны

Сталь 30 Потери металла на

угар незначительны. Объем облоя принять равным 15 % от объема заготовки

Сталь 50 Температура штампов-

ки составляет 1 200 оС

Сталь 40 Температура штампов-

ки составляет 1 200

7 Рассчитать усилие штамповки в закры-

тых штампах для круглой в плане поковки диаметром 77 мм и высотой 100 мм

8 Определить высоту квадратной в плане

поковки со стороной 100 мм и усилие штамповки в закрытых штампах, если заданы размеры цилиндрической заготовки: диаметр 50 мм, длина – 100 мм

Сталь 30 Температура штампов-

ки составляет 1 000 оС. Радиусы закругления пуансона и матрицы – 3 мм

Сталь 40 Температура штампов-

ки составляет 1 000 оС. Радиусы закругления матрицы и пунсона одинаковы и равны 5 мм

Номер

варианта

Условие задачи

Определить усилие штамповки выдавливанием поковки типа ступенчатого стержня с размерами корпусной части

D = 80 мм, L=20 мм, размерами стерж-

невой части d = 20 мм, l = 100 мм и уг-

лом между ними 60

Контрольные задачи

Материал

изделия

Дополнительное

условие

Сталь 45 Температура штампов-

ки составляет 1 200

Радиусы закругления пуансона и матрицы не учитывать

С.

Рассчитать усилие штамповки выдавливанием поковки, имеющей прямоугольную корпусную часть с размерами поперечного сечения 40х80 мм и цилиндрическую стержневую часть диаметром 10 мм и длиной 20 мм

Рассчитать усилие штамповки выдавливанием поковки, имеющей форму поперечного сечения корпусной части в виде квадрата со стороной 40 мм и цилиндрическую стержневую часть диаметром 20 мм и длиной 70 мм

Определить массу падающих частей штамповочного молота для деформации круглой в плане поковки диаметром 100 мм, если параметры заусенечной канавки следующие: hз =1,5 мм,

bз = 7 мм

Определить массу падающих частей штамповочного молота для деформации круглой в плане поковки диаметром 40 мм в закрытых штампах

Сталь 30 Температура штампов-

ки составляет 1 200 оС. Радиусы закругления пуансона и матрицы не учитывать

Сталь 50 Температура штампов-

ки составляет 1 200 оС. Радиусы закругления пуансона и матрицы не учитывать

Сталь 30 Температура штампов-

Сталь

45Г2

ки составляет 1 000

Температура штамповки составляет 1 200

Рассчитать суммарное потребное усилие кривошипного пресса, если в двухручьевом штампе одновременно производится предварительная осадка заготовки (после осадки диаметр 70 мм, высота 40 мм) и окончательная безоблойная штамповка круглой в плане поковки диаметром 100 мм и высотой 19,6 мм

Сталь 40 Температура штампов-

ки составляет 1 100

С. Радиусы закругления матрицы и пунсона одинаковы и равны 2 мм

Г л а в а 3. Теория процессов объемной штамповки

Контрольные вопросы и задания

1. Каким образом протекает формоизменение металла при горячей

объемной штамповке?

2. Каково технологическое назначение заусенца при штамповке в от-

крытых штампах?

3. С помощью каких параметров возможно управление течением ме-

талла при штамповке в открытых штампах?

4. Препятствуют ли силы контактного трения заполнению углов

штампа?

5. Каким условием необходимо воспользоваться для определения

размеров

заготовки под штамповку в открытых штампах?

6. Какие основные стадии формоизменения металла существуют при

штамповке в открытых штампах?

7. На какой из стадий течения металла усилие деформации при

штамповке в открытых штампах резко увеличивается?

8. Назовите основной недостаток процесса штамповки в открытых

штампах.

9. От чего зависит усилие деформации при штамповке в

открытых

штампах?

10. Назовите величину штамповочных уклонов при применении от-

крытых штампов.

11. Для определения каких параметров формоизменения металла проводят математическое моделирование процесса штамповки в открытых штампах?

12. Каким уравнением нужно воспользоваться, чтобы найти усилие штамповки в открытых штампах?

13. Предусматривается ли заусенец при штамповке в закрытых штампах?

14. Для чего служат компенсаторы

при штамповке в закрытых штампах?

15. По каким причинам штамповочные уклоны ниже при применении закрытых штампов по сравнению с открытыми?

16. Какое соотношение между объемами заготовки и поковки должно выполняться при штамповке в закрытых штампах?

17. От каких параметров зависит усилие для деформации круглых в плане поковок в закрытых штампах?

18. Для каких целей необходимо применение компенсаторов?

19. Какие стадии формоизменения реализуются при штамповке в закрытых штампах?

20. Какое усилие деформации выше: при штамповке в открытых или закрытых штампах?

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 118 9 10 11 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]