Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теория процессов ковки и штамповки. Учебное пособие.pdf
21. Назовите основной недостаток процесса штамповки в закрытых
штампах.
22. С какой целью применяют штамповку выдавливанием?
23. Назовите разновидности выдавливания.
24. Какова характерная форма поковок, получаемых штамповкой выдавливанием?
25. Для чего в штампе для выдавливания служит основная полость?
26. Назовите основные стадии формоизменения металла при штамповке выдавливанием.
27. Почему усилие деформации в
ем может снижаться?
28. От каких параметров зависит усилие деформации при штамповке
выдавливанием?
29. Назовите основной недостаток процесса штамповки выдавливанием.
30. Усилие деформации выше при штамповке в закрытых штампах
или при штамповке выдавливанием.
Контрольные вопросы и задания
процессе штамповки выдавливани-
81
Г л а в а 4. Расчеты формоизменения и энергосиловых параметров операций…
Г л а в а 4 РАСЧЕТЫ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ
И ЭНЕРГОСИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ
ОПЕРАЦИЙ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНОГО
ПРОИЗВОДСТВА
В данной главе приведены расчетные задания, позволяющие закрепить знание теоретического материала. При этом акцент сделан
на самостоятельную работу. Для проверки результатов расчетов разработаны и внедрены в учебный процесс программы для определения искомых
параметров, реализованные на ЭВМ.
4.1. Рациональный раскрой листа
на прямоугольные детали
В основе решения задачи рационального раскроя листа на
прямоугольные заготовки лежит метод индексов, дающий возможность
привести размеры листа и детали к нормам (индексам), что позволяет
довольно быстро найти вариант раскроя, обеспечивающий максимальный
коэффициент использования металла.
Разделительные операции применяются для раскроя листовых материалов, под которым понимают принятое расположение штампуемых деталей
обеспечивать минимальный расход металла, простоту конструирования
штампа и высокую производительность. При резке листа различают поперечный, продольный и комбинированный (рис. 4.1) виды раскроя. Потери
при этом зависят от геометрической формы детали, некратности листового
материала, величины перемычек (межконтурных и внешних) и припусков
на обрезку. Выделяют следующие виды раскроя: многорядный, наклонный,
встречный и др. Выбор варианта раскроя позволяет оптимизировать процесс
и получить наиболее высокий коэффициент использования металла, который в общем случае определяется как отношение суммарной площади
готовых деталей к площади заготовки.
угольного листа (А, В
быть представлена в виде следующего алгоритма.
(заготовок) на листе, полосе или ленте. При этом раскрой должен
Исходными данными при решении задачи являются размеры прямо-
) и детали (а, b). Последовательность расчетов может
82
4.1. Рациональный раскрой листа на прямоугольные детали
A
p
B
p
а
1. Зная отношение
, с помощью приближенных вычислений выби-
b
рают единичные индексы i (соответствующие размеру а) и k (соответствующие размеру b). При этом должно соблюдаться условие
а i
bk
А
а
b
Рис. 4.1. Комбинированный раскрой листа
9
.
10
В
2. Определяют коэффициенты p и q, используя соотношения
a
p
,
i
b
q
.
k
3. Выбирают наименьший из коэффициентов (например, p) и рассчи-
тывают отношения
I
,
K
. Затем берут от каждого целую часть
и находят суммарные индексы I и K соответственно вдоль сторон А и В.
4. Составляют замкнутую систему уравнений при раскрое вдоль сто-
роны А
i 0 + k m
I;
…………….
i n + k 0
I,
и перебирают внутри этой системы все возможные сочетания коэффициентов m и n, удовлетворяющих вышеприведенному неравенству.
83
Г л а в а 4. Расчеты формоизменения и энергосиловых параметров операций…
A
5. Выбирают оптимальные коэффициенты m0 и n0, при которых достигнуто наибольшее приближение к индексу I, и проверяют полученные
комбинации в размерном виде. Для чего вместо индексов i, k, I подставляют соответствующие размеры детали и листа (а, b, А). Таким образом,
должно выполняться условие
+ b m01 A,
a n
01
a n
+ b m02 A.
02
Из полученных комбинаций выбирается такая, которая при опти-
мальных коэффициентах m
и n0 обеспечивает наибольше приближение, но
0
не превышает размера А:
+ b m0 A.
a n
0
Последняя запись означает, что вдоль стороны А может быть распо-
ложено n
заготовок со стороной а и m0 заготовок со стороной b.
0
6. Определяют теоретически возможное количество деталей, которые
можно получить из листа, по формуле
n
.
T
ab
7. Используя полученную комбинацию, находят общее количество
B
деталей n
, которые можно расположить на всей площади листа с размера-
А
ми АхВ, и коэффициент использования металла по формуле
ab n
100% 100%
AA
n
AB n
A
T
.
8. Повторяют расчеты с пункта 4, но уже для раскроя вдоль стороны В,
подставляя вместо индекса I суммарный индекс K. Аналогичным образом
выбирают оптимальную комбинацию раскроя, определяют общее количество
деталей n
9. Сравнив коэффициенты
и соответствующий коэффициент использования металла
в
A
и
, выбирают рациональную схему
В
.
В
раскроя, обеспечивающую минимальные отходы.
Таблица 4.1
Вариант
1 500 1000 47 65
2 500 1000 39 56
3 500 1000 64 78
4 500 1000 97 116
5 500 1000 105 135
6 1000 2000 62 84
Размер листа, мм Размер детали, мм
А В а b
84
4.2. Определение параметров резки на гильотинных ножницах в зависимости от угла створа ножей
р
Окончание табл. 4.1
Вариант
7 1000 2000 72 90
8 1000 2000 79 100
9 1000 2000 84 98
10 1000 2000 96 123
11 1500 2000 54 72
12 1500 2000 62 69
13 1500 2000 64 93
14 1500 2000 78 104
15 1500 2000 137 159
16 800 1000 49 77
17 800 1000 97 122
18 800 1000 139 158
19 800 1000 154 171
20 800 1000 182 207
Размер листа, мм Размер детали, мм
А В а b
Задание 1.
По заданному варианту исходных данных (табл. 4.1)
определить рациональную схему раскроя листа на карточки, использовав
алгоритм расчета по методу индексов. При этом следует выполнить эскизы
раскроя листа вдоль сторон А и В, провести проверочные расчеты с помощью имеющейся программы INDEX и сопоставить полученные результаты.
4.2. Определение параметров резки на гильотинных ножницах в зависимости от угла створа ножей
Гильотинные ножницы предназначены для резки листовых материалов на полосы и штучные заготовки. Характерной особенностью данного типа ножниц является сравнительно низкая величина потребного усилия деформации, так как резке одновременно подвергается
только часть листовой заготовки, а не вся ее ширина (рис. 4.2).
Таким образом, усилие резки не зависит от ширины
ляется в основном величиной угла створа ножей :
2
S
Pk
0cp
2tg
– сопротивление срезу; S0 – толщина листа; k – коэффициент
где
c
,
(k = 1,1–1,3).
листа и опреде-
85
Г л а в а 4. Расчеты формоизменения и энергосиловых параметров операций…
B
B
Вместе с тем при резке на гильотинных ножницах возникают дополнительные деформации, связанные с изгибом полосы. При этом увеличиваются потери на изгиб, которые можно приближенно характеризовать
с помощью таких величин, как прогиб полосы N, мм, и угол скручивания ,
град, определяемых в соответствии с рекомендациями авторов работы по
эмпирическим формулам
0,01 ,
NL
0,003 ,
LS
S
0
S
0
0
где L – длина отрезаемой полосы, мм; – относительное удлинение, %; В –
ширина полосы, мм; S
– толщина полосы, мм; – угол наклона ножей, град.
0
Q
N
S
B
Рис. 4.2. Схема резки на гильотинных ножницах
Кроме того, при изгибе увеличивается путь деформирования, в связи
с чем работа деформации определяется по формуле
Btg ,
max
где Р
А = Р
– максимальное усилие резки.
max
На основании приведенных формул можно сделать вывод, что при
резке на гильотинных ножницах необходимо выбирать оптимальное значение угла створа ножей, при котором должны быть минимальны потери
на изгиб, а расчетное усилие не должно превышать допустимых значений.
На практике существует определенный диапазон изменения угла , который
превышать 6
должен соответствовать следующим положениям: угол не должен
о
, так как в противном случае заготовка будет выжиматься из-
под режущих кромок ножей, т. е. должен быть меньше угла трения; угол
не должен быть меньше 2
о
, так как с уменьшением угла резко увеличива-
ется усилие деформации; с увеличением угла возрастают работа деформации и потери на изгиб.
86
Учитывая изложенное, рекомендованный диапазон изменения угла
створа составляет 2–6
разрезаемой заготовки.
о
и растет в этих пределах с увеличением толщины
Таблица 4.2
Вариант
1 2 000 1 000 1 Ст3
2 1 800 80 2 Сталь 08кп
3 1 500 50 3 Сталь 10
4 2 000 50 4 Л68
5 1 600 40 2 ЛС59-1
6 1 500 26 1 Д16АМ
7 2 000 100 2 АД1
8 1 800 40 0,5 А2
9 1 500 50 1 М1
10 2 000 50 2 Ст3
11 1 600 80 2 ВТ1-1
12 1 000 25 0,5 М1
13 2 000 40 4 Д16АМ
14 1 800 80 0,5 А2
15 1 800 25 2 Ст3
16 4 000 100 4 Сталь 08кп
17 3 000 100 3 Сталь 10
18 2 500 60 3 А2
19 2 000 100 0,5 М1
20 1 800 200 1 АД1
L B S
Размер полосы, мм
Сплав
Задание 2.
По заданному варианту исходных данных (табл. 4.2) рас-
считать усилие и работу резки, а также прогиб и угол скручивания полосы
о
при изменении угла створа ножей от 2 до 6
с шагом 1о; построить графики
зависимости указанных параметров от угла и на их основании выбрать
оптимальный угол створа ножей; провести проверочные расчеты по
имеющейся программе RES и сравнить полученные результаты.
4.3. Определение максимального усилия деформации в зависимости от угла при одноугловой гибке
Гибка – формоизменяющая операция холодной штамповки, которая применяется при изготовлении деталей из листового материала
толщиной от 0,01 до 100 мм, профильного проката трубной заготовки,
87
Г л а в а 4. Расчеты формоизменения и энергосиловых параметров операций…
P
P
P
P
P
PкP
PпP
H
r
r
проволоки (рис. 4.3). Гибку производят на кривошипных прессах, горизонтально-гибочных машинах, гидравлических прессах, гибочных станкахавтоматах, фрикционных прессах.
Р
μP
1
1
п
μP1
1
м
Рz
Рr
Рn
Рy
г
у
Ход пуансона
а б
Рис. 4.3. Схема одноугловой гибки (а) и диаграмма усилия (б)
Для выбора оборудования необходимо знать изменение усилия гибки Р
в процессе деформации, а также его максимальную величину. По мере перемещения H и внедрения пуансона в заготовку при одноугловой гибке
(рис. 4.3, а) усилие деформации изменяется по зависимости, графическое
изображение которой представлено на диаграмме (рис. 4.3, б). Причем
можно выделить три области: упругого изгиба (участок I), где действует
усилие Р
сток III) – усилие Р
; пластического изгиба (участок II) – усилие Рп; калибровки (уча-
У
. Максимальная величина усилия деформации будет
к
зависеть и от того, как ведется гибка: без или с применением калибрующего удара.
Для определения усилия рассмотрим схему гибки, показанную на
рис. 4.3. Исходя из условия равновесия полосы под действием усилий, приложенных со стороны матрицы и пуансона, можно записать следующее
уравнение:
г
где
Р = 2 Р
– коэффициент трения.
sin
1
+ 2Р1 cos
1
Усилие гибки находят из условия равенства моментов создаваемого
этой силой и пластического изгиба:
11
1
4
2
Sb
S
,
где b – ширина полосы.
Величину плеча (см. рис. 4.3), на которое действует сила Р1, находят из геометрических соотношений по формуле
88
,
1
1
,
1
где r
L
2sin
= rп + 0,5S; r1 = rм + 0,5S, rп, rм – соответственно радиусы скругления
0
cos 1 cos
rr
011 1
кромок пуансона и матрицы.
После подстановки полученных выражений и преобразований получим следующее выражение:
2
(sin cos )sin
Sb
Р
S
2 cos 2 (1 cos )
Lr r
011 1
111
,
где L – расстояние между опорами (L ≈ 20S).
Данную формулу можно упростить, если пренебречь влиянием трения и принять радиусы скругления кромок пуансона и матрицы одинаковыми, т. е. r
= rм = r. Тогда окончательно получим выражение
п
0,8 sin 2
Р
Lrr
22
Sb
B
24cos2
1
1
.
В последней формуле принято, что угол гибки по ходу деформирования уменьшается от
= 90 до заданного.
1
Таким образом, усилие деформации зависит от текущего угла гибки
, который уменьшается до заданного угла по мере опускания пуансона,
1
и радиуса закругления рабочих кромок инструмента, который выбирают из
диапазона r = (2– 6) S. Решив задачу о поиске экстремума функции усилия,
получаем уравнение, описывающее условия гибки и определяющее значение текущего угла гибки, при котором реализуется максимальное усилие
деформации:
1
arccos
1
Вариант
1 0,5 90 50 Сталь 08кп
2 1 80 70 Ст3
3 1,5 70 60 Сталь 40
4 2 60 65 АД1
5 3 50 60 Л68
6 4 40 75 М1
7 0,5 150 60 Сталь 08кп
Размер заготовки, мм
S b
2Lr
.
1
Заданный угол
гибки, град
Таблица 4.3
Сплав
89
Г л а в а 4. Расчеты формоизменения и энергосиловых параметров операций…
Окончание табл. 4.3
Вариант
8 1 140 65 Ст3
9 1,5 130 60 Сталь 40
10 2 120 75 АД1
11 3 110 60 Л68
12 4 100 75 ВТ1-1
13 0,5 120 60 Сталь 08кп
14 1 110 75 Сталь 45
15 1,5 100 65 Сталь 50
16 2 90 65 АД1
17 3 80 75 ВТ1-1
18 4 70 75 Л68
19 0,5 70 65 Сталь 45Г2
20 1 90 60 ЛС59-1
Размер заготовки, мм
S b
Заданный угол
гибки, град
Сплав
Задание 3. По заданному варианту исходных данных (табл. 4.3) оп-
ределить усилие деформации в зависимости от текущего угла гибки
о
изменив его от 90
до заданного в пяти точках для значений r = 2S и r = 6S;
1
построить два графика указанных зависимостей (при r = 2S и r = 6S) и определить по ним приближенные максимальные значения усилия для каж-
,
дой кривой; рассчитать значения угла
по последней формуле и по ним
1
определить уточненные максимальные значения усилия; использовав
имеющуюся программу GIBKA, проверить правильность расчетов.
4.4. Расчет радиальных и тангенциальных напряжений и усилия деформации при вытяжке деталей без утонения стенок
Процесс вытяжки с прижимом (рис. 4.4) достаточно сложен, а потому возможное формоизменение заготовки в большей мере определяется напряженно-деформированным состоянием металла при деформации. Для выбора оборудования необходимо знать величину усилия
деформации. Усилие вытяжки определяется максимальными растягивающими напряжениями
заготовки (месте перехода от дна к стенке изделия). Анализ поля напряжений при вытяжке (см. гл.1) позволяет утверждать, что особенности течения
металла при ней связаны с действием тангенциальных сжимающих напряжений
, что проявляется в образовании складок по краю детали и действии
(рис. 4.4, а), действующими в опасном сечении
r
max
90