Теория процессов ковки и штамповки. Практикум
advertisement
Электронный учебно-методический комплекс ТЕОРИЯ ПРОЦЕССОВ КУЗНЕЧНОШТАМПОВОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА Учебная программа дисциплины Конспект лекций Практикум Методические указания по самостоятельной работе Банк тестовых заданий в системе UniTest Красноярск ИПК СФУ 2008 УДК 621.73.073 ББК 34.623 Т33 Авторы: С. Б. Сидельников, Н. Н. Довженко, В. И. Бер, В. И. Белокопытов, И. С. Гоголь, Р. Е. Соколов Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине «Теория процессов кузнечноштамповочного производства» подготовлен в рамках инновационной образовательной программы «Создание интегрированной образовательной программы по направлениям многоуровневой подготовки специалистов высшего профессионального образования в области новых материалов и технологий», реализованной в ФГОУ ВПО СФУ в 2007 г. Рецензенты: Красноярский краевой фонд науки; Экспертная комиссия СФУ по подготовке учебно-методических комплексов дисциплин Т33 Теория процессов ковки и штамповки. Версия 1.0 [Электронный ресурс] : практикум / С. Б. Сидельников, Н. Н. Довженко, В. И. Бер и др. – Электрон. дан. (1 Мб). – Красноярск : ИПК СФУ, 2008. – (Теория процессов кузнечноштамповочного производства : УМКД № 64-2007 / рук. творч. коллектива С. Б. Сидельников). – 1 электрон. опт. диск (DVD). – Систем. требования : Intel Pentium (или аналогичный процессор других производителей) 1 ГГц ; 512 Мб оперативной памяти ; 1 Мб свободного дискового пространства ; привод DVD ; операционная система Microsoft Windows 2000 SP 4 / XP SP 2 / Vista (32 бит) ; Adobe Reader 7.0 (или аналогичный продукт для чтения файлов формата pdf). ISBN 978-5-7638-1058-5 (комплекса) ISBN 978-5-7638-1425-5 (практикума) Номер гос. регистрации в ФГУП НТЦ «Информрегистр» 0320802399 от 21.11.2008 г. (комплекса) Настоящее издание является частью электронного учебно-методического комплекса по дисциплине «Теория процессов кузнечно-штамповочного производства», включающего учебную программу, конспект лекций, практикум «Теория процессов ковки и штамповки», методические указания по самостоятельной работе, контрольноизмерительные материалы «Теория процессов кузнечно-штамповочного производства. Банк тестовых заданий», наглядное пособие «Теория процессов кузнечно-штамповочного производства. Презентационные материалы». В пособии приведены задания для практических занятий по расчету параметров формоизменения и энергосиловых затрат основных операций ковки, листовой и объемной штамповки. Для самостоятельной работы даны варианты расчетных заданий, а также основные формулы и справочные данные для их выполнения. Предназначен для студентов направления подготовки специалистов 150100.65 и магистров 150100.68 «Металлургия» укрупненной группы 150000 «Материаловедение, металлургия и машиностроение». © Сибирский федеральный университет, 2008 Рекомендовано к изданию Инновационно-методическим управлением СФУ Редактор Л. Х. Бочкарева Разработка и оформление электронного образовательного ресурса: Центр технологий электронного обучения информационно-аналитического департамента СФУ; лаборатория по разработке мультимедийных электронных образовательных ресурсов при КрЦНИТ Содержимое ресурса охраняется законом об авторском праве. Несанкционированное копирование и использование данного продукта запрещается. Встречающиеся названия программного обеспечения, изделий, устройств или систем могут являться зарегистрированными товарными знаками тех или иных фирм. Подп. к использованию 01.10.2008 Объем 1 Мб Красноярск: СФУ, 660041, Красноярск, пр. Свободный, 79 Оглавление ВВЕДЕНИЕ................................................................... 5 1. РАЦИОНАЛЬНЫЙ РАСКРОЙ ЛИСТА НА ПРЯМОУГОЛЬНЫЕ ДЕТАЛИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ .............................................. 6 Задание ............................................................................................................... 9 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ РЕЗКИ НА ГИЛЬОТИННЫХ НОЖНИЦАХ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УГЛА СТВОРА НОЖЕЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ ..... 10 Задание ............................................................................................................. 12 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОГО УСИЛИЯ ДЕФОРМАЦИИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УГЛА ПРИ ОДНОУГЛОВОЙ ГИБКЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ .... 14 Задание ............................................................................................................. 16 4. РАСЧЕТ РАДИАЛЬНЫХ И ТАНГЕНЦИАЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И УСИЛИЯ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ ВЫТЯЖКЕ ДЕТАЛЕЙ БЕЗ УТОНЕНИЯ СТЕНОК С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ ................................................ 17 Задание ............................................................................................................. 18 5. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ ПРИ ПРОТЯЖКЕ БРУСА ПРЯМОУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ 20 Задание ............................................................................................................. 28 6. РАСЧЕТ УДЕЛЬНОГО УСИЛИЯ ПРИ ОТКРЫТОЙ И ЗАКРЫТОЙ ПРОШИВКЕ ........................................... 30 Задание ............................................................................................................. 34 7. ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ БОЧКООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ОСАДКЕ ПОЛОСЫ ..... 35 Задание ............................................................................................................. 37 Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -3- ОГЛАВЛЕНИЕ 8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ЗАГОТОВКИ И УСИЛИЯ ПРИ ШТАМПОВКЕ В ОТКРЫТЫХ И ЗАКРЫТЫХ ШТАМПАХ КРУГЛОЙ В ПЛАНЕ ПОКОВКИ................................................................... 39 Задание ............................................................................................................. 42 9. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ ..................................... 44 9.1. Основы теории процессов листовой штамповки ............................... 44 9.2. Основы теории процессов ковки .......................................................... 47 9.3. Основы теории процессов объемной штамповки .............................. 49 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ........................... 51 ПРИЛОЖЕНИЕ А ....................................................... 52 Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -4- ВВЕДЕНИЕ Данное учебное пособие является составной частью учебно-методического комплекса по дисциплине "Теория процессов кузнечно-штамповочного производства". В результате изучения данной дисциплины студент должен уметь: выбирать и рассчитывать необходимое оборудование с учетом решения задач энерго- и ресурсосбережения, а также защиты окружающей среды от техногенных воздействий производства; оценивать технические и организационные решения с позиций достижения качества продукции; выбирать методы испытаний; анализировать и обрабатывать результаты исследований и измерений; использовать на практике методы расчета параметров технологических процессов КШП. В связи с вышеизложенным, основным содержанием пособия являются теоретические аспекты расчетов операций кузнечно-штамповочного производства в виде практикума для проведения практических занятий. При написании пособия использовались работы авторов, перечисленные в библиографическом списке, в которых изложены отдельные теоретические положения той или иной операции и справочные материалы. В данном учебном пособии приведены расчетные задания, позволяющих закрепить знание теоретических материалов. При этом акцент сделан на самостоятельную работу по заданному варианту заданий. Для проверки результатов расчетов разработаны и внедрены в учебный процесс программы для определения искомых параметров, реализованные на ЭВМ. Задания к практическим занятиям охватывают операции ковки, листовой и объемной штамповки и дают возможность анализа процессов формоизменения металла и расчета энергосиловых параметров для различных операций кузнечно-штамповочного производства. В приложении приведены необходимые справочные данные для расчета технологических параметров и энергосиловых характеристик. Материалы настоящего учебного пособия изданы в виде методических указаний и применялись в течение ряда лет для обучения студентов специальности «Обработка металлов давлением» в институте цветных металлов и золота (г. Красноярск). Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -5- 1. РАЦИОНАЛЬНЫЙ РАСКРОЙ ЛИСТА НА ПРЯМОУГОЛЬНЫЕ ДЕТАЛИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ Раскрой листов применяют в листовой штамповке, которая имеет ряд технологических и экономических преимуществ перед другими способами обработки металлов давлением: получение жестких и прочных деталей малого веса и сложной формы; высокая производительность на основе автоматизации; экономное использование материала; низкая стоимость изделий [1]. Изделия штампуют из полосовой, листовой или ленточной заготовок сталей, цветных металлов, металлов с пластмассовыми покрытиями. По способу пластической деформации штамповку листа подразделяют на резку, гибку, вытяжку и формовку. В зависимости от толщины заготовки различают тонколистовую (до 4 мм) и толстолистовую штамповку; заготовки толщиной более 15–20 мм штампуют в горячем состоянии. В одном штампе обычно экономически выгодно совмещать несколько операций штамповки. Основные операции листовой штамповки делятся на разделительные (отрезка, вырубка, пробивка, обрезка, надрезка и т. п.) и формообразующие (гибка, скручивание, закатка, правка, вытяжка, рельефная формовка, отбортовка, чеканка, редуцирование, высадка и т. д.) [2]. Общим для них является, во-первых, применение заготовки из плоского проката, во-вторых, незначительное изменение толщины заготовки в операциях листовой штамповки. Разделительные операции листовой штамповки подразделяются по типу используемого инструмента (оборудования) на две подгруппы: резку металла ножницами, являющуюся в большинстве своем заготовительной, и резку металла штампами. Для разделительных и формоизменяющих операций листовой штамповки применяют различные виды оборудования. Основным из них являются кривошипные листоштамповочные прессы различного усилия. Кроме того, в цехах листовой штамповки применяются гильотинные ножницы, гидравлические и чеканочные прессы, гибочные автоматы, агрегаты лазерной резки и др. В качестве инструмента применяют штампы, конструкция которых может быть и достаточно простой (вырубной штамп), и достаточно сложной (штампы совмещенного или последовательно действия). Разделительные операции применяются для раскроя листовых материалов, под которым понимают принятое расположение штампуемых деталей (заготовок) на листе, полосе или ленте. При этом раскрой должен обеспечивать минимальный расход металла, простоту конструирования штампа и высокую производительность. При резке листа различают поперечный, продольный и комбинированный (рис. 1.1) виды раскроя. При резке полос – раскрой с отходами, с частичными отходами и безотходный виды раскроя. Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -6- 1. РАЦИОНАЛЬНЫЙ РАСКРОЙ ЛИСТА НА ПРЯМОУГОЛЬНЫЕ ДЕТАЛИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ А а b В Рис. 1.1. Расположение ряда раскроя при комбинированной схеме раскроя листа Потери при раскрое зависят от геометрической формы детали, некратности листового материала, величины перемычек (межконтурных и внешних) и припусков на обрезку. Выделяют также различные 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. Решение задачи рационального раскроя листа на прямоугольные заготовки предложено в работе [3] и представлено в виде машинного алгоритма авторами работы [4]. В его основе 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. Исходными данными при решении задачи являются размеры прямоугольного листа (А, В) и детали (а, b). Последовательность расчетов может быть представлена в виде следующего алгоритма. 1. Зная отношение а b , с помощью приближенных вычислений, выбирают единичные индексы i (соответствующие размеру а) и k (соответствующие размеру b). При этом должно соблюдаться условие à i 9 = ≤ . b k 10 2. Определяют коэффициенты p и q, используя соотношения a p= , i b q= . k 3. Выбрав наименьший из коэффициентов (например p), рассчитывают отношения Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -7- 1. РАЦИОНАЛЬНЫЙ РАСКРОЙ ЛИСТА НА ПРЯМОУГОЛЬНЫЕ ДЕТАЛИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ I= A , p K= B p и, взяв от каждого целую часть, находят суммарные индексы I и K, соответственно, вдоль сторон А и В. 4. Составляют замкнутую систему соотношений при раскрое вдоль стороны А: i ⋅ 0 + k ⋅ m ≤ I , i ⋅ n + k ⋅ 0 ≤ I и перебирают внутри этой системы все возможные сочетания коэффициентов m и n, удовлетворяющие приведенному неравенству. 5. Выбрав оптимальные коэффициенты m0 и n0, при которых достигнуто наибольшее приближение к индексу I, 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 i ⋅ n01 + k ⋅ m01 ≤ A, i ⋅ n02 + k ⋅ m02 ≤ A. Из полученных комбинаций выбирается такая, которая при оптимальных коэффициентах m0 и n0 обеспечивает наибольше приближение, но не превышает размера А: a ⋅ n0 + b ⋅ m0 ≈ A. Последняя запись означает, что вдоль стороны А может быть расположено n0-заготовок со стороной а и m0-заготовок со стороной b. 6. Определяют теоретически возможное количество деталей, которые можно получить из листа по формуле AB nT = . ab 7. Используя полученную комбинацию, находят общее количество деталей nА, которые можно расположить на листе вдоль стороны А и коэффициент использования металла по формуле ab nA = ηA = nA100 % 100%. AB nT 8. Повторяют расчеты с п. 4, но уже для раскроя вдоль стороны В, подставляя вместо индекса I суммарный индекс K. Аналогичным образом, выбрав оптимальную комбинацию раскроя (п. 5), определяют общее количество деталей nВ и соответствующий коэффициент использования металла η (п. 6). 9. Сравнивая коэффициенты η A и η , выбирают рациональную схему раскроя, обеспечивающую минимальные отходы. Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -8- 1. РАЦИОНАЛЬНЫЙ РАСКРОЙ ЛИСТА НА ПРЯМОУГОЛЬНЫЕ ДЕТАЛИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ Задание Для практического применения предлагается по заданному варианту исходных данных (табл. 1.1) определить рациональную схему раскроя листа на карточки, используя алгоритм расчета по «методу индексов», при этом следует выполнить эскизы раскроя листа вдоль стороны А и В, провести проверочные расчеты с помощью имеющейся программы INDEX и сопоставить полученные результаты. Таблица 1.1 № варианта 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Размеры листа, мм А В 500 1000 500 1000 500 1000 500 1000 500 1000 1000 2000 1000 2000 1000 2000 1000 2000 1000 2000 1500 2000 1500 2000 1500 2000 1500 2000 1500 2000 800 1000 800 1000 800 1000 800 1000 800 1000 710 1420 710 1420 710 1420 710 1420 710 1420 Теория процессов ковки и штамповки. Практикум Размеры детали, мм а b 47 65 39 56 64 78 97 116 105 135 62 84 72 90 79 100 84 98 96 123 54 72 62 69 64 93 78 104 137 159 49 77 97 122 139 158 154 171 182 207 103 111 121 155 162 184 191 222 172 194 -9- 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ РЕЗКИ НА ГИЛЬОТИННЫХ НОЖНИЦАХ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УГЛА СТВОРА НОЖЕЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ Для холодной листовой штамповки листовые металлы с помощью ножниц предварительно разрезают на полосы или заготовки необходимых размеров. Основными типами ножниц, применяемыми в листоштамповочных цехах, являются ножницы с параллельными ножами, ножницы с наклонными ножами (гильотинные), дисковые и вибрационные ножницы. Первый тип ножниц используется для резки узких и толстых полос и неметаллов. Метод резки на ножницах с наклонными ножами (гильотинных) является наиболее распространенным для резки металлических листов (рис. 2.1). Для резки рулонного металла и обрезки кромок лент применяют дисковые ножницы. Вибрационные ножницы используют значительно реже для получения штучных заготовок криволинейной формы. Рис. 2.1. Схема резки листового металла с помощью гильотинных ножниц Гильотинные ножницы предназначены для резки листовых материалов на полосы и штучные заготовки [1]. 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. Таким образом, усилие резки не зависит от ширины листа и определяется, главным образом, величиной угла створа ножей γ: S02σcp , P=k 2tgγ где σñð – сопротивление срезу; S0 – толщина листа; k – коэффициент (k = 1,1– 1,3). Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -10- 2. ОПР-Е ПАРАМЕТРОВ РЕЗКИ НА ГИЛЬОТИННЫХ НОЖНИЦАХ В ЗАВИС-ТИ ОТ УГЛА СТВОРА НОЖЕЙ С ПРИМ. ЭВМ 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 β, град (рис. 2.2), определяемые в соответствии с рекомендациями авторов работы по эмпирическим формулам [1] N ≈ 0,01 ⋅ γ ⋅ L S0 ⋅ δ , B β ≈ 0,003 ⋅ L ⋅ S0 S0 ⋅ γ , B где L – длина отрезаемой полосы, мм; δ – относительное удлинение, %; В – ширина полосы, мм; S0 – толщина полосы, мм; γ – угол наклона ножей, град. ϕ Α α γ Α Α β Α Рис. 2.2. Геометрические параметры резки на гильотинных ножницах Кроме того, при изгибе увеличивается путь деформирования, в связи с чем расчет работы деформации определяется по формуле À= Pmax ⋅ B ⋅ tgγ, где Рmax – максимальное усилие резки. При резке выделяют три основные стадии процесса: упругих деформаций, пластических деформаций и скалывания. Продолжительность стадий зависит от пластичности штампуемого металла, состояния поверхности инструмента и скорости деформации. В соответствии с этими стадиями происходит изменение усилия деформации (рис. 2.3, а) по длине пути: на первой стадии – медленное нарастание усилия (смятие и образование очага деформации); на второй – значительный рост (сдвиговая деформация) до максимального значения; на третьей – быстрое падение усилия вследствие скола. Анализируя соответствующие графики для различных типов ножниц (рис. 2.3, б), можно отметить, что усилие резки на ножницах с параллельны- Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -11- 2. ОПР-Е ПАРАМЕТРОВ РЕЗКИ НА ГИЛЬОТИННЫХ НОЖНИЦАХ В ЗАВИС-ТИ ОТ УГЛА СТВОРА НОЖЕЙ С ПРИМ. ЭВМ ми ножами (кривая 1) значительно выше, чем усилие резки на гильотинных ножницах (кривая 2). а б Рис. 2.3. Диаграмма усилия резки на гильотинных ножницах (а) и ножницах с параллельными ножами (б) 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 γ, который должен соответствовать следующим положениям: угол не должен превышать 6о, так как в противном случае заготовка будет выжиматься из-под режущих кромок ножей, т. е. должен быть меньше угла трения; угол γ не должен быть меньше 2о, так как с уменьшением угла резко увеличивается усилие деформации; с увеличением угла γ возрастает работа деформации и потери на изгиб. Учитывая вышеизложенное, рекомендованный диапазон изменения угла створа составляет 2–6о и увеличивается в этих пределах с увеличением толщины разрезаемой заготовки. Задание Для практического применения предлагается по заданному варианту исходных данных (табл. 2.1) рассчитать усилие и работу резки, а также прогиб и угол скручивания полосы при изменении угла створа ножей от 2 до 6о с шагом 1о; построить графики зависимости указанных параметров от угла γ и на их основании выбрать оптимальный угол створа ножей; провести проверочные расчеты по имеющейся программе RES и сравнить результаты. Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -12- 2. ОПР-Е ПАРАМЕТРОВ РЕЗКИ НА ГИЛЬОТИННЫХ НОЖНИЦАХ В ЗАВИС-ТИ ОТ УГЛА СТВОРА НОЖЕЙ С ПРИМ. ЭВМ Задание Таблица 2.1 № варианта 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 L 2000 1800 1500 2000 1600 1500 2000 1800 1500 2000 1600 1000 2000 1800 1800 4000 3000 2500 2000 1800 1000 4000 1600 1000 1500 Размеры полосы, мм B 1000 80 50 50 40 26 100 40 50 50 80 25 40 80 25 100 100 60 100 200 50 40 40 25 50 S 1 2 3 4 2 1 2 0,5 1 2 2 0,5 4 0,5 2 4 3 3 0,5 1 2 0,5 4 1 2 Теория процессов ковки и штамповки. Практикум Материал Ст3 Сталь 0,8 кп Сталь 10 кп Л62 Л68 Л68 АД1 АД1 М1 М3 ВТ1-1 МН19 МН19 А3 Ст3 Сталь 0,8 кп Сталь 10 кп А3 М1 АД1 Л62 Л68 ВТ1-1 М2 Ст3 -13- 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОГО УСИЛИЯ ДЕФОРМАЦИИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УГЛА ПРИ ОДНОУГЛОВОЙ ГИБКЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ Гибка – это формоизменяющая операция холодной штамповки, которая применяется при изготовлении деталей из листового материала (толщиной от 0,01 до 100 мм), профильного проката трубной заготовки, проволоки (рис. 3.1). Гибку производят на кривошипных прессах, горизонтальногибочных машинах, гидравлических прессах, гибочных станках – автоматах, фрикционных прессах. Для выбора оборудования необходимо знать изменение усилия гибки в процессе деформации, а также максимальную его величину. По мере внедрения пуансона в заготовку при одноугловой гибке (рис. 3.1, а) усилие деформации изменяется по зависимости, графическое изображение которой представлено на диаграмме (рис. 3.1, б). Причем можно выделить три области: упругого изгиба (участок I), где действует усилие РУ; пластического изгиба (участок II) – усилие Рn; калибровки (участок III) – усилие Рz. Максимальная величина усилия деформации будет зависеть и от того, как ведется гибка: без или с применением калибрующего удара. Р µ µ α1 Рz Рr Рn Рy ход пуансона а б Рис. 3.1. Схема одноугловой гибки (а) и диаграмма усилия гибки (б) Для определения усилия в соответствии с рекомендациями авторов работы [2] рассмотрим схему гибки, показанную на рис. 3.1. Из условия равновесия полосы под действием усилий, приложенных со стороны матрицы и пуансона, можно записать следующее уравнение: = P 2 P1 sin α1 + 2µP1 cos α1 , где μ – коэффициент трения. Силу находят из условия равенства моментов, создаваемого этой силой и пластического изгиба: Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -14- 3. ОПР-Е МАКС. УСИЛИЯ ДЕФОРМАЦИИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УГЛА ПРИ ОДНОУГЛОВОЙ ГИБКЕ С ПРИМ-М ЭВМ P1= 1 1 σ S S 2b , 4 где σ S – сопротивление металла деформации; b – ширина полосы. Величину плеча (см. рис. 3.1), на котором действует сила Р1, находят из геометрических соотношений L 1 = − r0 cos α1 + r1 (1 − cos α1 ) , 2 sin α1 где r= rï + 0,5S ; r= rì + 0,5S , rn, rм – соответственно, радиусы скругления 0 1 кромок пуансона и матрицы. После подстановки полученных выражений и преобразований получим следующее выражение: Ð= σ S S 2b(sin α1 + µ cos α1 )sin α1 , L − 2r0 cos α1 + 2r1 (1 − cos α1 ) где L – расстояние между опорами ( L ≈ 20 ⋅ S ). Данную формулу можно упростить, пренебрегая влиянием трения и приняв радиусы скругления кромок пуансона и матрицы одинаковыми: rn = rм = r. Тогда окончательно получим выражение Ð= σ S S 2b sin 2 2α1 . L + 2r − 4r cos 2α1 ) В последней формуле принято, что угол гибки по ходу деформирования уменьшается от α1 = 90° до заданного. Таким образом, усилие деформации зависит от текущего угла гибки α1, который уменьшается до заданного угла по мере опускания пуансона и радиуса закругления рабочих кромок инструмента, который выбирают из диапазона r = (2 ÷ 6) S . Решая задачу о поиске экстремума функции усилия, получено уравнение, описывающее условия гибки и определяющее значение текущего угла гибки, при котором усилие деформации максимально: 1 α1 ≈ arccos . L / 2r + 1 Усилие деформации также зависит от способа гибки, механических свойств детали и ее размеров. Ниже приведены рекомендуемые в работе [1] формулы для расчета усилия, соответственно, для одноугловой и двухугловой гибки: P1 = bS σâ k1; P2 = 2,5bS σâ k2 , где σв – предел прочности материала; b, S – соответственно, ширина и толщина полосы; k1, k2 – табличные коэффициенты (см. прил.). Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -15- 3. ОПР-Е МАКС. УСИЛИЯ ДЕФОРМАЦИИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УГЛА ПРИ ОДНОУГЛОВОЙ ГИБКЕ С ПРИМ-М ЭВМ Задание Для практического применения предлагается по заданному варианту исходных данных (табл. 3.1) определить усилие деформации в зависимости от текущего угла гибки α1, изменяя его от 90о до заданного через каждые 5о для значений r = 2S и r = 6S ; построить графики указанных зависимостей и определить по ним приближенные максимальные значения усилия для каждой кривой; рассчитать углы α1 по последней формуле и по графикам определить уточненные максимальные значения усилия для каждой кривой усилия деформации; используя имеющуюся программу GIBKA, проверить правильность расчетов. Таблица 3.1 Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Размеры заготовки, мм S B 0,5 90 1 80 1,5 70 2 60 3 50 4 40 0,5 150 1 140 1,5 130 2 120 3 110 4 100 0,5 120 1 110 1,5 100 2 90 3 80 4 70 0,5 70 1 90 1,5 80 2 70 3 60 4 50 0,5 80 Заданный угол гибки, град 50 70 60 65 60 75 60 65 60 75 60 75 60 75 65 65 75 75 65 60 60 75 65 55 50 Теория процессов ковки и штамповки. Практикум Материал Сталь 08 кп Ст3 Сталь 40 АД1 Л68 Л62 Сталь 08 кп Ст3 Сталь 40 АД1 Л68 Л62 Сталь 08 кп Ст4 Сталь 40 АД1 ВТ1-1 Л68 Ст4 Сталь 40 ВТ1-1 Сталь 35 АД1 Л62 Сталь 10 кп -16- 4. РАСЧЕТ РАДИАЛЬНЫХ И ТАНГЕНЦИАЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И УСИЛИЯ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ ВЫТЯЖКЕ ДЕТАЛЕЙ БЕЗ УТОНЕНИЯ СТЕНОК С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ Вытяжка – это технологическая операция листовой штамповки, заключающаяся в превращении плоской или полой заготовки в открытое сверху полое изделие замкнутого контура. По геометрической форме получаемых деталей выделяют вытяжку изделий осесимметричной, коробчатой и сложной несимметричной формы. Кроме того, различают вытяжку с прижимом и без прижима, а также с утонением и без утонения стенок. Вытяжкой, таким образом, получают детали различных конфигураций в плане и профилей в осевом сечении. Различают первый переход вытяжки, превращающий плоскую заготовку в пространственную деталь или полуфабрикат, и последующие переходы, в которых происходит дальнейшее формоизменение полого полуфабриката, т. е. увеличение его высоты при одновременном уменьшении поперечного сечения. Процесс вытяжки с прижимом (рис. 4.1) достаточно сложен и возможное формоизменение заготовки в большей степени определяется напряженно-деформированным состоянием металла при деформации [1]. Для выбора оборудования необходимо знать величину усилия деформации. Усилие вытяжки определяется максимальными растягивающими напряжениями σrmax (рис. 4.1, а), действующими в опасном сечении заготовки (месте перехода от дна к стенке изделия). Особенности течения металла при вытяжке связаны с действием тангенциальных сжимающих напряжений σθ , что проявляется в образовании складок по краю детали, и действием радиальных растягивающих напряжений σr (рис. 4.1, б), что проявляется в отрыве фланца или дна вытягиваемого изделия при превышении допускаемых напряжений над максимально-возможными напряжениями σrmax . σ ρ σθ σ σθ ρ σ ρ σ а б Рис. 4.1. Схема процесса (а) и схема действия напряжений (б) при вытяжке Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -17- 4. РАСЧЕТ РАДИАЛЬНЫХ И ТАНГЕНЦИАЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И УСИЛИЯ ДЕФОРМАЦИИ Для практических расчетов формула для расчета максимального растягивающего напряжения может быть представлена в виде σrmax S σ s ln K â + (1 + 1,6µ ) 2 r + S ì , = 18 Ê â S 1 − 0,2µ (1 + 1,6µ ) 1 − − 1 K D ( ) â где rм – радиус скругления кромки матрицы; μ – коэффициент трения; Кв – степень вытяжки, Кв = R/r. Зная значение σrmax , нетрудно определить силу вытяжки по следующей формуле: Ðmax = π dS σrmax . Таким образом, с применением приведенных формул можно расчетным путем определить величины тангенциальных и радиальных напряжений, максимальное растягивающее напряжение и усилие вытяжки. Задание Для практического применения предлагается по заданному варианту исходных данных (табл. 4.1) рассчитать напряжения, действующие на фланцевой части заготовки, изменяя текущий радиус ρ от r до R в пяти точках; по данным расчетов построить эпюры тангенциальных и радиальных напряжений; определить максимальное растягивающее напряжение и усилие вытяжки, приняв коэффициент трения равным μ = 0,1 и радиус скругления кромок матрицы rм = 5S; используя имеющуюся программу VIT проверить правильность расчетов. Таблица 4.1 Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Размеры заготовки, мм R S 78 2 60 2 12 1 60 2,5 70 4 78 2 60 3 45 2 60 1,5 12 2 100 2,5 36 1,5 60 1,5 6,8 1 150 3 Размер, мм R 25 24 5,5 20 28 35 24 20 20 5,5 45 16,5 20 3 60 Теория процессов ковки и штамповки. Практикум Материал Ст3 Сталь 08 кп М1 АД1 Л68 Сталь 40 Сталь 45 Сталь 50 Д16А М М1 Ст4 ВТ1-1 АД1 МА-1 Сталь 08 кп -18- 4. РАСЧЕТ РАДИАЛЬНЫХ И ТАНГЕНЦИАЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И УСИЛИЯ ДЕФОРМАЦИИ Задание 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 59 70 11 35 40 40 30 28 8 6,8 2 3,5 0,5 0,5 1 1 1,5 0,5 0,3 0,2 26,5 28 5 12 16 18 10 12,5 3,5 3 Теория процессов ковки и штамповки. Практикум Окончание табл. 4.1. Ст3 Л68 БрА7 ВТ1-1 Л62 МА1 Сталь 10 кп Сталь 08 кп АД1 МН19 -19- 5. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ ПРИ ПРОТЯЖКЕ БРУСА ПРЯМОУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ Протяжкой называется операция, в результате которой происходит увеличение длины вследствие уменьшения поперечного сечения деформируемой заготовки (рис. 5.1). Рис. 5.1. Схема протяжки бруса (Н0, В0 – начальные высота и ширина бруса; Н1, В1 – размеры после протяжки; l0 – подача; l1 – длина обжатого участка) Протяжку осуществляют путем обжима заготовки при продольной подаче с определенным шагом. Сумма определенного числа нажатий до одной и той же толщины заготовки без ее поворота называется проходом. Если заготовку после прохода повернуть вокруг горизонтальной оси на 90о (кантовать) и снова осуществить протяжку, то получим второй проход. Два прохода с кантовкой между ними называется переходом. Чтобы не произошло продольного изгиба во втором проходе после кантовки заготовки на 90о значение отношения ширины заготовки к ее высоте после прохода (коэффициент перехода) не должен быть более 2,5. Процесс протяжки характеризуется следующими основными параметрами: – абсолютной подачей l0 – длиной, на которую подается заготовка за каждое обжатие (шаг подачи); – относительной подачей ψ= 0 , Â0 где В0 – ширина заготовки; – степенью обжатия Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -20- 5. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ ПРИ ПРОТЯЖКЕ БРУСА ПРЯМОУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ H − H1 εH = 0 100 % ; H0 – коэффициентом укова = y F0 L1 = , F1 L0 где F0 , F1 – площадь поперечного сечения до и после протяжки; L0 , L1 – длина до и после протяжки. Расчет формоизменения при протяжке бруса можно проводить различными способами. Один из алгоритмов такого расчета приведен в работе [5], на основании которого разработана имитационная модель процесса протяжки [6], которая не учитывает бочкообразования боковой поверхности, то есть предполагается, что деформация равномерная, и принимается осредненная ширина сечения заготовки. Начальные подачи в проходе принимаются одинаковыми по абсолютной величине и равными í . Формоизменение поперечного сечения за проход зависит только от двух величин: относительной подачи φ и относительного обжатия ε: ϕ = í / à0 , = ε (à0 − àê ) / à0 , где а0 – исходный размер квадратного сечения заготовки; ак – конечная высота поковки при прокатке. Для получения качественной поковки по схеме квадрат – пластина – квадрат необходимо выполнить ряд требований, часть из которых накладывает ограничения на относительное обжатие ε: при ограниченной ширине бойка Âδ металл не должен вытекать за боек. Следовательно, максимально допустимое обжатие зависит от отношения β0 =Âδ / à0 ; βê =Âδ / àê , а также относительной подачи φ. Максимальное обжатие определяем по следующим формулам: 0,261 − 1,58(ϕ − 0,65) + 1,3(β0 − 0,8) − 1,12(ϕ − 0,65) 2 + ε= ì ( à0 ) 3,52( ϕ − 0,65) ⋅ (β0 − 0,8) − 1,76(β0 − 0,8) 2 ; ε= 0,164 − 0,91(ϕ − 0,65) + 0,764(βê − 0,825) − 0,08(ϕ − 0,65) 2 + ì ( àê ) +0,960(ϕ − 0,65) ⋅ (βê − 0,825) − 0,72(βê − 0,825) 2 . Полученные значения ε ì сравнивают с расчетными ε. В случае, если ε ì > ε, ковку можно осуществлять. Ограничения для минимального шага подачи обусловлены неустойчивым деформированием в процессе обжатия. В тех случаях, когда 2 н / ∆h ≤ 0.35 , происходит формирование зажимов. Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -21- 5. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ ПРИ ПРОТЯЖКЕ БРУСА ПРЯМОУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ При ковке по схеме квадрат – пластина – квадрат после первого прохода должно выполняться условие bn / hn ≤ 2 , где bn , hn – ширина и высота полосы. Несоблюдение этого условия ведет к искривлению полосы на втором проходе после кантовки на угол 90о. Максимально допустимое обжатие ε ì g в первом проходе при bn / hn = 2 зависит только от относительной подачи ϕ: = ε ì g 0,432 − 0,075(ϕ − 0,5) + 0,072 (ϕ − 0,5) 2 . В случае невозможности осуществить ковку в один переход с относительным обжатием ε = ∆h / hn , ковку производят в два или несколько переходов. При условии равенства обжатий в переходах относительное обжатие ε ï åð в каждом переходе можно найти по формуле ε ï åð = 1 − n (1 − ε) , где n – число переходов. В результате первого прохода ширина полосы увеличивается. Относительную ширину полосы ν = bn / a 0 после прохода квадрат – пластина определим по формуле = ν 1,023 + 0,047(ϕ − 0.4) + 0,245(ε − 0,1) − 0,026(ϕ − 0,4) 2 + + 0,518(ϕ − 0,4) ⋅ (ε − 0,1) + 0,166( ε − 0,1) 2 . Находим среднюю ширину полосы после прохода квадрат – пластина: bn = ν ⋅ a0 . Высоту полосы определим по формуле = hn a0 (1 − ε) . Вычислим уков для первого перехода по выражению = Ón 1,094 − 0,048(ϕ − 0,6) + 0,893(ε − 0.12) + + 0,22(ϕ − 0,6) 2 − 0,488(ϕ − 0,6)(ε − 0,12) + 0,899(ε − 0,12) 2 . Определим уков Ук за весь переход квадрат – пластина – квадрат: = Óê 1,163 − 0,091(ϕ − 0,5) + 1,826(ε − 0,1) + + 0,053(ϕ − 0,5) 2 − 1,113(ϕ − 0,5)(ε − 0.1) + 1,871(ε − 0,1) 2 . Находим сторону квадратного сечения после перехода пластина – квадрат: Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -22- 5. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ ПРИ ПРОТЯЖКЕ БРУСА ПРЯМОУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ ak = a0 / Ók . Таким образом, в первом проходе заготовку обжимаем на высоту полосы hn, во втором проходе до высоты аk, при этом за два прохода получаем квадратное сечение. В случае необходимости нескольких переходов расчет повторяем, при этом сформированные в первом переходе размеры квадрата принимаем за исходные. Зная величины укова по переходам, общий уков находим как их произведение по формуле ÓΣ = Ó1 ⋅ Ó2 ⋅ Ó3 ...Ón . При многопроходной протяжке бруса квадратного сечения для получения качественной поковки с меньшим квадратным сечением наиболее приемлема ковка по схеме квадрат – пластина – квадрат и т. д. (рис. 5.2). Рис. 5.2. Схема протяжки бруса После первого прохода получается пластина с сечением, близким к прямоугольному с шириной В1 и высотой H 1 . Второй проход на квадратное сечение осуществляется после кантовки пластины (поворот вокруг продольной оси на 90°) и тогда высотой пластины станет её ширина, т. е. В1 , а шириной – H 1 . Два прохода составляют переход. Формоизменение поперечного сечения за проход зависит от относительной подачи ψ =l B и относительного обжатия: ε= H 0 − H1 , H0 где l – величина подачи; B – ширина заготовки; H 0 , H 1 – высота заготовки до и после прохода. Величина подачи l ограничивается шириной бойка Bб или принятым коэффициентом уширения f , который рассчитывается по формуле = f 1,1 4 ψ − 0,74 Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -23- 5. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ ПРИ ПРОТЯЖКЕ БРУСА ПРЯМОУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ для отношения H B = 1 и по формуле = f 0,37 ψ − 0,042 для отношения H B = 2 . Относительное обжатие ε при многопроходной протяжке ограничивается коэффициентом перехода ϕ = B1 H1 , который не должен превышать значение, равное двум, т. е. ϕ ≤ 2 . Здесь B1 и H 1 – ширина и высота пластины после прохода или высота и ширина пластины после кантовки. При протяжке бруса по указанной схеме относительное обжатие ε должно быть меньше 50 %. Процесс протяжки характеризуется величиной укова У , которую можно определить по выражению Ó = F0 F1 , где F0 , F1 – площади сечения бруса до и после прохода. Кроме того, величину укова можно вычислить по формулам У= 1 1 − ε (1 − f ) или У= 1 (1 − ε ) 2 ϕ . При многопроходной протяжке общий уков Уоб равен произведению коэффициентов укова по проходам, т. е. Óî á = Ó1 ⋅ Ó2 ⋅ ... ⋅ Óê . При ковке бруса по схеме квадрат – пластина – квадрат уковы в каждом проходе принимаются равными, т. е. У1 = У 2 = У об , и величину обжатия ε также принимают примерно равными в каждом проходе. При протяжке бруса уменьшается высота ( H 1 < H 0 ), увеличивается длина ( L1 > L0 ) и ширина ( B1 > B0 ). Длину бруса после прохода можно определить по формуле L= L0 ⋅ Ói , 1 а ширину пластины после прохода по формуле f ⋅ε = Bi B0 i i + B0 . 1 − εi Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -24- 5. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ ПРИ ПРОТЯЖКЕ БРУСА ПРЯМОУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ Здесь f , ε – коэффициент интенсивности уширения и величина обi i жатия в данном проходе. Длину бруса после нескольких проходов определяют по выражению Lк = L0 ⋅ У об . Далее можно найти параметры протяжки f , ε, φ, т. е. ε= Ó −1 , Ó (1 − f ) f = 1− Ó −1 , Ó ⋅ε ε = 1− 1 , Ó ⋅ϕ 1 ϕ= , Ó (1 − ε) 2 f = 1− Ó −1 1 − 1 ⋅Ó ⋅ ϕ Ó . При проектировании процесса ковки бруса по схеме квадрат – пластина – квадрат необходимо исходить из следующего. Если размеры исходного и конечного сечения бруса таковы, что общий уков будет составлять более 1,6, то в этом случае принимают следующие ограничения: ε < 0,5 , ϕ =2 , Ó1 = Óî á . При общем укове меньше чем 1,6 принимают У1 = У об и во избежание значительной неоднородности деформации по ширине относительную величину подачи ψ1 берут равной 1 и определяют f1 , а затем и все параметры ковки, причем относительную подачу ψ 2 во втором проходе определяют по графику f = f ( H B ) (рис. 5.3). Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -25- 5. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ ПРИ ПРОТЯЖКЕ БРУСА ПРЯМОУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ Рис. 5.3. Графическая зависимость коэффициента интенсивности уширения от параметров протяжки Расчет параметров ковки ведут в следующей последовательности. 1. По начальным и конечным размерам бруса определяют величину общей уковки У об : 2 У об A = 02 . aк 2. Если У об больше, чем 1,6, то принимают коэффициент перехода ϕ =2 , а величину уковки в первом и втором проходах У1 = У 2 = У об . 3. Определяют площадь поперечного сечения пластины после первого прохода: 2 F A F1 = 0 = 0 . У1 У1 4. Так как по условию ковки = ϕ B= 2 , то B1 = 2H 1 , тогда 1 H1 2 F1 =B1 ⋅ H1 = 2 H1 . Из этого следует, что H1 = F1 . 2 Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -26- 5. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ ПРИ ПРОТЯЖКЕ БРУСА ПРЯМОУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ 5. Определяют величину обжатия ε1 в первом проходе: A − H1 ε1 = 0 . A0 6. Находят f1 и рассчитывают относительную подачу ψ 1 в первом проходе: 4 f + 0,74 ψ1 = 1 . 1,1 7. Определяют величину подачи: l1 = B0ψ1 = A0ψ1 . 8. Определяют ширину пластины B1 после прохода и сравнивают с B1 , полученной по п. 4. 9. Определяют длину пластины: L= L0 ⋅ Ó1 . 1 10. Определяют величину обжатия ε 2 во втором проходе: B −a ε2 = 1 ê . B1 11. Вычисляют коэффициент интенсивности уширения f 2 во втором проходе. 12. Находят величину относительной подачи ψ2: f + 0,042 ψ 2 = 2 0,37 2 и подачу l2 во втором проходе: l2 =ψ 2 ⋅ H1 . 13. Находят ширину бруса после второго прохода fε Вк = H 1 2 2 + 1 1 − ε 2 и сравнивают с размером aк . 14. Находят длину бруса Lк после второго прохода Lк = L1 ⋅ У 2 . Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -27- 5. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ ПРИ ПРОТЯЖКЕ БРУСА ПРЯМОУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ Задание 1. Рассчитать параметры ковки при протяжке бруса квадратного сечения на квадрат меньшего сечения за один переход, т. е. У , У1 , У 2 , F1 , ε1 , ε 2 , f1 , f 2 , H1 , B1 , B2 , L1 , L2 . 2. Для практического применения предлагается по заданному варианту исходных данных (табл. 5.1) рассчитать по приведенной методике параметры процесса протяжки; определить с помощью программы PROT такие величины, как ширину бойков Вδ , шаг подачи 0 и высотное обжатие ε, при которых обеспечивается получение поковки заданных размеров. Исходными данными для расчета по модели (программа PROT) являются: размер квадратной заготовки a0 и конечный размер поковки ak . При использовании имитационной модели такие величины, как ширина бойка Вδ , шаг подачи н и относительное обжатие ε выбираются пользователем и ограничены параметрами модели. Так, например, максимальная ширина бойка не должна превышать 100 мм. В зависимости от этого выбирают величину подачи заготовки под бойки. В ходе расчетов по модели в соответствии с приведенной методикой последовательно определяют относительную ширину полосы, среднюю ширину после прохода, высоту полосы после первого прохода, уков для первого прохода и общий уков и, наконец, конечный размер аk. При невыполнении ограничений, описанных выше, на экране дисплея появляются сообщения и предлагается повторить расчеты при других варьируемых параметрах процесса. Далее сравнивают рассчитанный размер квадрата с заданным конечным размером поковки и в случае их равенства заканчивают расчет. В противном случае изменяют один из варьируемых параметров, например величину обжатия, и повторяют расчеты до тех пор пока, размер поковки не совпадет с заданным с учетом допуска в пределах ± 2 мм. Таблица 5.1 Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 L1 , мм a0 , мм aк , мм 300 350 400 450 450 400 350 300 300 400 450 350 300 400 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 110 30 34 37 40 45 48 52 56 60 64 67 70 75 82 Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -28- 5. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ ПРИ ПРОТЯЖКЕ БРУСА ПРЯМОУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ Задание 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 450 500 450 450 400 350 350 400 450 500 550 120 125 130 135 140 145 150 155 160 170 180 Теория процессов ковки и штамповки. Практикум Окончание табл. 5.1. 90 94 96 100 100 102 106 110 115 120 125 -29- 6. РАСЧЕТ УДЕЛЬНОГО УСИЛИЯ ПРИ ОТКРЫТОЙ И ЗАКРЫТОЙ ПРОШИВКЕ Прошивку подразделяют на открытую и закрытую (рис. 6.1) [7]. При открытой прошивке (рис. 6.1, а) боковая поверхность заготовки является свободной, при закрытой заготовка заключена в матрицу, определяющую ее наружный диаметр после прошивки. Форма заготовки после открытой прошивки получает тем большее искажение, чем меньше отношение ее исходного диаметра к диаметру прошивки (D/d). При отношениях D/d < 2 искажение настолько значительно, что в практике открытую прошивку обычно применяют при значениях, больше двух. При открытой пошивке высота заготовки увеличивается тем больше, чем меньше D/d (принимаем равными диаметры матрицы и исходной заготовки). Высоту заготовки после открытой прошивки легко определить по условию постоянства объема. Закрытую прошивку (рис. 6.1, б) применяют на практике обычно при отношениях D/d < 2. а б Рис. 6.1. Схема открытой (а) и закрытой (б) прошивки Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -30- 6. РАСЧЕТ УДЕЛЬНОГО УСИЛИЯ ПРИ ОТКРЫТОЙ И ЗАКРЫТОЙ ПРОШИВКЕ а б Рис. 6.2. Схема прошивки сплошным прошивнем: а – прошивка; б – просечка; 1 – заготовка; 2, 5 – бойки; 3 – прошивень; 4 – надставки; 6 – прошивень просечной; 7 – выдра; 8 – прошитая поковка Открытую прошивку осуществляют в следующей последовательности (рис. 6.2). В месте, где необходимо получить отверстие в заготовке, устанавливают прошивень торцом меньшего диаметра и внедряют его в тело заготовки. Высоту прошивня увеличивают с помощью цилиндрических надставок, диаметр которых меньше диаметра прошивня. Прошивка на сплошной опоре до получения сквозного отверстия производиться не может, так как резко возрастает усилие, при этом есть опасность подсаки прошивня. Прошивку осуществляют до толщины дна h = d , 6 а затем заготовку кантуют на 180о, удаляют надставки и другим просечным прошивнем, диаметром несколько меньшим прошивного, установленным широким торцом на заготовку, дают сквозную прошивку с отходом, называемым выдрой (рис. 6.2, б). Прошивку полым прошивнем применяют при размерах отверстия, превышающих диаметр, равный 400 мм. В обоих случаях при значительной величине отношения D/d (при D/d ≈ 5,6) процесс прошивки превращается в процесс вдавливания пуансона в бесконечное тело (полупространство). В этом случае удельное усилие деформирования при внедрении пуансона в полупространство определяют по следующей формуле: p = σ s (1 + π) ≈ 4σ s , где σ s – сопротивление деформации металла. Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -31- 6. РАСЧЕТ УДЕЛЬНОГО УСИЛИЯ ПРИ ОТКРЫТОЙ И ЗАКРЫТОЙ ПРОШИВКЕ Удельное усилие деформирования при открытой прошивке определяют по формуле [7] D 1 d h p= σ S 1 + 1,1n + ⋅ + . d C h d Вместе с тем опыт показывает, что в пластическом состоянии находится не весь объем металла под прошивнем высотой h, а только его сравнительно небольшая часть, примыкающая к торцу прошивня (очаг деформации OD, рис. 6.1, а). Теоретически высота очага деформации d / h = 6 . С учетом этого получим окончательно формулу для расчета удельного усилия в виде D 2 po = σ S 1 + 1,1n + . d 6 Вопрос определения удельного усилия пошивки в закрытой матрице цилиндрическим пуансоном отличается исключительной сложностью. До сих пор по существу нет удовлетворительного решения, вполне надежного для практического применения и достаточно строгого в отношении выполнения формальных требований теории пластических деформаций и математического аппарата. Удельное усилие на пуансоне, необходимое для прошивки, определяют методом баланса работ. Для какого-то момента процесса цилиндрическая зона диаметром d и высотой h (рис. 6.1, б) осаживается пуансоном, а кольцевая зона 2 с наружным диаметром D и той же высотой h подвергается внутреннему давлению и некоторое количество металла из этой же зоны вытесняется вверх в жесткую зону 3 деформированного металла, увеличивая объем последней. Зона 4 в этот момент рассматривается как жесткая. При этом в течении определенного периода процесса высота деформируемых зон 1 и 2 считается постоянной, равной h, и, следовательно, высота (h0 – h) жесткой зоны 4 непрерывно уменьшается. n Удельное усилие на пуансоне представляют как сумму p = ∑ pi i =1 удельного усилия деформирования осадкой зоны 1, деформации кольцевой зоны 2, определения трения на цилиндрической контактной поверхности между зоной 2 и матрицей 5, сдвига по цилиндрической поверхности разрыва между зонами 2 и 1, преодоления трения между торцом пуансона и зоной 1 и сдвига по поверхности разрыва между зоной 1 и зоной 4, сдвига по кольцевым поверхностям разрыва между зоной 2 и зонами 3 и 4. Определяя каждую соответствующую удельного усилия Pi и суммируя их, получаем выражение для определения удельного усилия при закрытой прошивке: Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -32- 6. РАСЧЕТ УДЕЛЬНОГО УСИЛИЯ ПРИ ОТКРЫТОЙ И ЗАКРЫТОЙ ПРОШИВКЕ 1 d3 d 2 ⋅ − + 1 D h 1 d 1 3 D3 D 3 p = βσ S 1,5 + + [ + ] , n + ⋅ 2 2 d h 6 d d d d d 1− 1− 2 2 ⋅ 1 − 2 D D D D где β – коэффициент, среднее значение которого оставляет 1,1. Глубину очага деформации под пуансоном можно рассчитать по формуле h = d 1− d D d d 3 1 + D D . Рис. 6.3. Графики зависимости удельного и полного усилия деформации в зависимости от параметров прошивки Таким образом, усилие и давление (удельное усилие) прошивки зависят от отношения D/d (рис. 6.3) и формы пуансона. Анализируя графики, можно отметить, что усилие закрытой прошивки (кривая 2) при прочих равных условиях больше, нежели усилие открытой прошивки (кривая 1). Это объясняется большими энергосиловыми затратами при формировании стенки изделия на третьей стадии. Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -33- 6. РАСЧЕТ УДЕЛЬНОГО УСИЛИЯ ПРИ ОТКРЫТОЙ И ЗАКРЫТОЙ ПРОШИВКЕ Задание Задание Для практического применения предлагается по заданному варианту исходных данных (табл. 6.1) рассчитать величину удельного усилия для открытой и закрытой прошивки, приняв равным сопротивление металла деформации пределу текучести (см. приложение), и построить графики зависимости p / σ S = p / σ S (d / D) , изменяя величину D/d от 1,05 до 5 с шагом 1. Таблица 6.1 Вариант D, мм d, мм Сплав Температура, °С 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 10 10 14 14 18 18 20 20 30 30 40 40 50 50 70 70 80 80 90 100 100 200 20 20 30 5 5 7 7 9 9 10 10 15 15 20 20 25 25 35 35 40 40 45 50 50 100 10 10 15 Сталь 3сп Сталь 30 Сталь 40 Сталь 40 Сталь 40 Сталь 45Г2 Сталь 50 Сталь 3сп Сталь 30 Сталь 40 Сталь 40 Сталь 40 Сталь 45Г2 Сталь 50 Сталь 3сп Сталь 30 Сталь 40 Сталь 40 Сталь 40 Сталь 45Г2 Сталь 50 Сталь 3сп С1 С2 С1 1200 1000 1000 1100 1200 1200 1200 1200 1000 1000 1100 1200 1200 1200 1200 1000 1000 1100 1200 1200 1200 1200 20 20 20 Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -34- 7. ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ БОЧКООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ОСАДКЕ ПОЛОСЫ Осадка – это кузнечная операция, предназначенная для увеличения поперечного сечения заготовки за счет уменьшения ее высоты (рис. 7.1). Применяется как основная операция (формоизменяющая) для получения поковок заданной формы и размеров, как дополнительная операция для увеличения общей степени деформации при ликвидации литой структуры, анизотропии свойств и обеспечения соответствующего расположения волокон в будущей детали и как вспомогательная операция для определения реологических характеристик металлов и сплавов. Рис. 7.1. Схема операции осадка В качестве показателей деформации при осадке используются: отноH − H1 100% , абсолютная – сительная степень деформации ε h = 0 H0 H ∆H = H 0 − H1 и коэффициент укова по высоте Ó = 0 . H1 При анализе формоизменения металла при осадке в связи с различным его характером условно выделяют осадку высоких ( H 0 D0 ≥ 1 ) и низких ( H 0 D0 < 1 ) заготовок. Во избежание потери устойчивости и появления продольного изгиба осадке в цеховых условиях подвергаются заготовки с отношением H 0 D0 ≤ 2,5 . Рассмотрев очаг деформации при осадке (рис. 7.2), можно выделить зоны затрудненной деформации (основной фактор – трение на контакте с инструментом), где реализуются схемы всестороннего сжатия (зоны 1): зону наиболее интенсивной осевой и радиальной деформации (зона 2); зоны кольцевых растягивающих напряжений (зоны 3), где реализуются средние по интенсивности деформации; зону наиболее равномерной деформации (зона 4). Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -35- 7. ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ БОЧКООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ОСАДКЕ ПОЛОСЫ Рис. 7.2. Зоны деформации при осадке цилиндрической заготовки Часто анализ формоизменения металла ведут для случая осадки предельно высокой заготовки. При этом отмечается следующая последовательность течения металла. При H 0 D0 ≥ 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 0 D0 > 0,25 − 0,5 , реализуется непрерывное сближение зон затрудненной деформации до момента их взаимодействия. Окончательным этапом процесса осадки ( H 0 D0 < 0,25 ) служит сближение зон затрудненной деформации и их взаимодействие, которое сопровождается резким повышением усилия, необходимого для осадки. При этом величина зон 1 возрастает, а зон 2 и 3 – уменьшается. Из-за неравномерной деформации (течение металла сдерживается на контакте за счет сил трения) происходит бочкообразование, которое нежелательно, особенно для легированных сталей, чувствительных к растягивающим напряжениям. Бочкообразование зависит от степени деформации ε h , от отношения H 0 D0 , от условий трения на контакте. Зависимость показателя бочкообразования такова: θ= Vá ⋅ 100%, V где Vб – объем металла в зоне бочкообразования; V – объем заготовки от этих параметров (показана на рис. 7.3). На практике для устранения бочкообразования применяют смазки, осадку коническими бойками, обкатку по диаметру. В основе предлагаемой имитационной модели лежит известное поле скоростей Авитцура [8], по которому легко получить поле векторов перемещений: a∆h x ∆h ∆U x = − a l ( − ay h ) , ∆= Uy 1 − l ( ay h ) , −a 1− l h 1− l ( Теория процессов ковки и штамповки. Практикум ) -36- 7. ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ БОЧКООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ОСАДКЕ ПОЛОСЫ где а – свободный параметр, от величины которого зависит характер поля скоростей и формоизменение полосы при осадке. Рис. 7.3. Графики зависимости показателя бочкообразования от параметров осадки Численное значение параметра а находится в пределах от 0 до 2. Кроме поля векторов перемещений по Авитцуру используют также поле перемещений Тарновского [8]: ∆U x = x x2 3 y 2 1 + a 1 − 1 − 2 ∆H , 2 h 3 b h x2 y y 2 ∆U y = − 1 + a 1 − 2 1 − 2 ∆H , h b h где x, y – текущие координаты точек в сечении бруса; h – текущая высота бруса; ∆H – обжатие; b – ширина бруса. На исходное сечение бруса h0, b, задаваемое преподавателем, наносится с помощью ЭВМ координатная сетка. Каждый узел координатной сетки в соответствии с задаваемым полем перемещений начинает движение и переходит в точку с новыми координатами. По всей совокупности точек, получивших при деформации приращения перемещений, строится деформированная координатная сетка, что позволят наблюдать на экране дисплея процесс формоизменения заготовки при осадке. Задание Исходными данными для расчета являются начальные размеры поперечного сечения бруса h0 и b (табл. 7.1), размер ячейки исходной координатной сетки Т и параметр оптимизации а. Затем задается высота бруса после деформации. Работа проходит в диалоговом режиме на ЭВМ. Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -37- 7. ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ БОЧКООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ОСАДКЕ ПОЛОСЫ Задание Используя программу KOWKA, покажите графически формоизменение бруса при осадке в условиях: а) равномерной деформации; б) неравномерной деформации с полем скоростей по Тарновскому; в) неравномерной деформации с полем скоростей по Авитцуру. Таблица 7.1 № варианта b, мм h0, мм 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 120 110 120 110 100 110 100 90 100 90 80 90 80 70 80 70 60 70 60 50 130 140 130 150 150 110 110 100 100 100 90 90 90 80 80 80 70 70 70 60 60 60 50 50 50 110 120 120 120 130 Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -38- 8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ЗАГОТОВКИ И УСИЛИЯ ПРИ ШТАМПОВКЕ В ОТКРЫТЫХ И ЗАКРЫТЫХ ШТАМПАХ КРУГЛОЙ В ПЛАНЕ ПОКОВКИ Для объемной штамповки используют штампы, содержащие полостиручьи. Заготовка, деформируясь в ручьях, заполняет полости и принимает форму поковки. Течение металла при штамповке принудительно ограничивается поверхностями инструмента, что вызывает перераспределение объема заготовки. Применяют два вида штамповки: облойную (с заусенцем) в открытых штампах и безоблойную (при отсутствии заусенца) в закрытых штампах. При облойной штамповке заусенец (рис. 8.1) образуется по месту разъема штампа из-за избытка металла. Начало появления заусенца опережает заполнение металлом ручьев штампа. При последующем уменьшении зазоров штампа заусенец создает подпор по контуру поковки, что способствует заполнению металлом углов штампа, т. е. облой выполняет важную технологическую функцию. Заусенечную щель между частями штампа выполняет в виде специальной канавки по периметру поковки. После деформации облой удаляется на обрезных штампах. Облойная штамповка имеет самое широкое применение, так как надежно обеспечивает заполнение труднодоступных участков полостей штампа. При безоблойной штамповке (рис. 8.2) небольшой заусенец, который может образоваться по плоскости разъема, не влияет на процесс штамповки и является результатом неточности размеров заготовки. Основным преимуществом безоблойной штамповки является пониженный расход металла, однако, сортамент поковок, получаемых в открытых штампах, более широкий. Начальным этапом разработки технологии производства горячештампованных поковок является ориентировочный выбор варианта штамповки – оборудования, способа штамповки (в открытом или закрытом штампе) и т. п. Выбор варианта штамповки определяется серийностью производства, конфигурацией детали, материалом, требованиям к точности и др. При этом одним из основных моментов расчета формоизменения является определение объема и размеров исходной заготовки. Объем заготовки для штамповки в открытых штампах подсчитывается по формуле V3 = VÏ + V0 + Vó , где VП – объем поковки; V у – потери на угар (для безокислительного нагрева при образовании окалины на пути от нагревателя к прессу потери на угар могут быть приняты равными 0,7–0,8 % от объема поковки); V0 – объем облоя. Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -39- 8. ОПР-Е РАЗМЕРОВ ЗАГОТ-И И УСИЛИЯ ПРИ ШТАМПОВКЕ В ОТКР. И ЗАКР. ШТАМПАХ КРУГЛОЙ В ПЛАНЕ ПОКОВКИ Рис. 8.1. Эскиз поковки «шестерня», полученной в открытых штампах Рис. 8.2. Эскиз поковки «шестерня», полученной в закрытых штампах При нахождении объема заготовки для штамповки в закрытых штампах объем облоя не учитывается. Объем облоя при штамповке на КГШП определяют, используя формулу Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -40- 8. ОПР-Е РАЗМЕРОВ ЗАГОТ-И И УСИЛИЯ ПРИ ШТАМПОВКЕ В ОТКР. И ЗАКР. ШТАМПАХ КРУГЛОЙ В ПЛАНЕ ПОКОВКИ V0 = V мост + V маг = p(bhз + h2 B ) , где Vмост – объем мостика облоя; Vмаг – объем металла в магазине облоя; p – периметр поковки, мм; hз – толщина мостика облоя, мм; h2 – средняя толщина облоя по магазину, мм; b – ширина мостика облоя, мм; B – ширина облоя в магазине, мм. Значения hз и b представлены в таблице; h2 = 2hз . Для поковок массой до 0,5 кг принимают B = 10 мм, массой до 2 кг – B = 15 мм; при массе более 2 кг B = 20 мм. Если поковки имеют сложную форму, а облой образуется в предварительном штамповочном ручье, то значение B удваивают. Для нашего случая примем B = 20 мм. Диаметр расчетной заготовки для круглых в плане поковок, получаемых осадкой как в открытых, так и в закрытых штампах, может быть найден из условия сохранения устойчивости: H çàã ≤ 2,5 , Dçàã где H заг , Dзаг – соответственно, высота и диаметр заготовки, и формулы для определения объема цилиндрической заготовки: = Vçàã 2 Ï Dçàã ⋅ H çàã , 4 Dçàã = 3 4Vçàã . 2,5π После округления диаметра заготовки до целого значения в миллиметрах определяют ее высоту: H çàã = 4Vçàã . 2 π Dçàã Оборудование для штамповки выбирается в зависимости от усилия необходимого для формообразования поковки. Усилие штамповки в открытых штампах при выборе кривошипного горячештамповочного пресса для круглых в плане поковок можно рассчитать по формуле b b D P= σÒ 1,5 + 3 F3 + 3 − 0,375 + 1,25ln Ï FÏ , 2h3 h3 h3 где σÒ – предел текучести металла при температуре штамповки, МПа; b3 , h3 – соответственно, ширина и толщина мостика облоя, мм; F3 , FП – соответственно, площадь проекции мостика облоя и поковки на плоскость разъема, мм2; Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -41- 8. ОПР-Е РАЗМЕРОВ ЗАГОТ-И И УСИЛИЯ ПРИ ШТАМПОВКЕ В ОТКР. И ЗАКР. ШТАМПАХ КРУГЛОЙ В ПЛАНЕ ПОКОВКИ DП – диаметр поковки, мм (для поковок, близких по форме к круглым и квадратным в плане, DП = 1,13 FП ). Усилие деформации при штамповке в закрытых штампах находят по аналогичной зависимости: 2 2r2 1,5 H Ï r P= σÒ 2,071 − + 12 2 + 1,5ln 2r2 DÏ DÏ + DÏ 2 + 6H Ï DÏ (HÏ r2 HÏ H Ï2 1 4,5 1,92 − − + + 2 D D D Ï Ï Ï − r1 − r2 ) − 1,5 FÏ , где r1 , r2 – соответственно, радиусы закругления пуансона и угла матрицы; H П – высота поковки. Задание Для практического применения предлагается по заданному варианту исходных данных (рис. 8.1, рис. 8.2, табл. 8.1) рассчитать размеры цилиндрической заготовки и усилие штамповки в открытых и закрытых штампах, построить графики зависимости усилия от площади проекции поковки (при этом использовать результаты расчетов двух других вариантов) для трех диаметров поковок из одного материала и сопоставить полученные результаты. Таблица 8.1 Вариант Вид штампа Открытый Закрытый Открытый Закрытый Открытый Закрытый Открытый Закрытый Открытый Закрытый Открытый Закрытый Открытый Закрытый Открытый Закрытый 1 2 3 4 5 6 7 8 DÏ , мм HÏ , мм 100 30,0 110 30,0 120 30,0 100 35,0 110 35,0 120 35,0 130 40,0 140 40,0 b, мм 4,0 – 4,0 – 4,0 – 4,0 – 4,0 – 4,0 – 4,0 – 5,0 – hç , мм 1,5 – 1,5 – 1,5 – 1,5 – 1,5 – 1,5 – 1,5 – 2,0 – r1 , мм – 2,0 – 2,0 – 2,0 – 2,0 – 2,0 – 2,0 – 2,0 – 3,0 r2 , мм – 3,0 – 3,0 – 3,0 – 3,0 – 3,0 – 3,0 – 3,0 – 4,0 Теория процессов ковки и штамповки. Практикум Материал Температура заготовки штамповки, оС Сталь 3 сп 1200 Сталь 3 сп 1200 Сталь 3 сп 1200 Сталь 40 1200 Сталь 40 1200 Сталь 40 1200 Сталь 50 1200 Сталь 50 1200 -42- 8. ОПР-Е РАЗМЕРОВ ЗАГОТ-И И УСИЛИЯ ПРИ ШТАМПОВКЕ В ОТКР. И ЗАКР. ШТАМПАХ КРУГЛОЙ В ПЛАНЕ ПОКОВКИ Задание Продолжение табл. 8.1 Вид штампа Открытый Закрытый Открытый Закрытый Открытый Закрытый Открытый Закрытый Открытый Закрытый Открытый Закрытый Открытый Закрытый Открытый Закрытый Открытый Закрытый Открытый Закрытый Открытый Закрытый Открытый Закрытый Открытый Закрытый Открытый Закрытый Открытый Закрытый Открытый Закрытый Открытый Закрытый Вариант 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 DÏ , мм HÏ , мм 150 40,0 130 45,0 140 45,0 150 45,0 160 50,0 170 50,0 180 50,0 160 55,0 170 55,0 180 55,0 190 60,0 200 60,0 210 60,0 190 65,0 200 65,0 210 65,0 220 70,0 b, мм 5,0 – 5,0 – 5,0 – 5,0 – 6,0 – 6,0 – 6,0 – 6,0 – 6,0 – 6,0 – 7,0 – 7,0 – 7,0 – 7,0 – 7,0 hç , мм 2,0 – 2,0 – 2,0 – 2,0 – 2,5 – 2,5 – 2,5 – 2,5 – 2,5 – 2,5 – 3,5 – 3,5 – 3,5 – 3,5 – 3,5 7,0 – 7,0 – 3,5 – 3,5 – r1 , мм – 3,0 – 3,0 – 3,0 – 3,0 – 3,5 – 3,5 – 3,5 – 3,5 – 3,5 – 3,5 – 4,0 – 4,0 – 4,0 – 4,0 – 4,0 – 4,0 – 4,0 r2 , мм – 4,0 – 4,0 – 4,0 – 4,0 – 4,5 – 4,5 – 4,5 – 4,5 – 4,5 – 4,5 – 5,0 – 5,0 – 5,0 – 5,0 – 5,0 – 5,0 – 5,0 Теория процессов ковки и штамповки. Практикум Материал Температура заготовки штамповки, оС Сталь 50 1200 Сталь 40 1100 Сталь 40 1100 Сталь 40 1100 Сталь 30 1000 Сталь 30 1000 Сталь 30 1000 Сталь 40 1000 Сталь 40 1000 Сталь 40 1000 Сталь 50 1200 Сталь 50 1200 Сталь 50 1200 Сталь 45Г2 Сталь 45Г2 Сталь 45Г2 Сталь 45Г2 1200 1200 1200 1200 -43- 9. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ Для самостоятельной подготовки разработаны контрольные задачи, которые соответствуют модулям дисциплины «Теория технологических процессов кузнечно-штамповочного производства». Для их решения необходимо использовать справочные материалы, приведенные в прил. 9.1. Основы теории процессов листовой штамповки Исходные условия для решения задач приведены в табл. 9.1. Таблица 9.1 Номер задания 1 2 3 4 5 6 Материал Дополнительное изделия условие Определить усилие, прогиб и угол скруАД1 См.прил. чивания при продольной резке листа толщиной 1 мм и размерами 420×710 мм на гильотинных ножницах Рассчитать усилие резки и работу деА2 См.прил. формации на ножницах с параллельными ножами, если производится поперечная резка полосы толщиной 9 мм, размерами 100×300 мм Определить усилие пробивки отверстия Сталь См.прил. диаметром 40 мм, если толщина заготовки 08 кп составляет 7 мм Вычислить усилие вырубки квадратной Сталь См.прил. детали со стороной 50 мм и толщиной 5 45 мм Определить усилие для выбора пресса М1 Применяется штамповпод пробивку прямоугольного отверстия ка на провал с использованием однопуансонного размерами 60 × 90 мм в заготовке толщипробивного штампа проной 10 мм стого действия без съемника Определить усилие для выбора пресса ВТ1-1 Применяется штамповпод вырубку круглой детали диаметром 70 ка на провал с использомм и толщиной 1 мм ванием однопуансонного вырубного штампа простого действия Условия задачи Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -44- КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ Основы теории процессов листовой штамповки Продолжение табл. 9.1 Номер задания 7 8 9 10 11 12 13 14 Материал изделия Определить усилие для выбора пресса Ст3 при пробивке-вырубке, если диаметр вырубаемого контура детали составляет 100 мм, диаметр пробиваемого отверстия – 20 мм, толщина заготовки – 4 мм Рассчитать усилие одноугловой гибки Сталь полосы шириной 50 мм и толщиной 3 мм, 10 если расстояние между опорами составляет 60 мм Вычислить усилие двухугловой гибки с Л68 прижимом полосы шириной 100 мм и толщиной 5 мм, если радиусы закругления матрицы и пуансона одинаковы и составляют 5 мм Определить усилие одноугловой гибки в Ст3 зависимости от угла гибки и построить график усилия при изменении угла от 90 до 50 градусов через 10 градусов для следующих параметров: толщина полосы – 5 мм, ширина полосы – 100 мм, радиусы закругления пуансона и матрицы – 10 мм Определить возможность вытяжки циЛ68 линдрической детали без фланца за один переход, если диаметр плоской заготовки составляет 100 мм, толщина – 1,6 мм, а диаметр детали равен 52 мм Рассчитать усилие вытяжки цилиндри- Сталь ческой детали без фланца на третьем пе10 реходе, если диаметр цилиндрической заготовки составляет 40 мм, диаметр после перехода – 32 мм, а толщина заготовки равна 1,5 мм Определить необходимость прижима Д16А-М однооперационной вытяжки, если диаметр заготовки составляет 100 мм, диаметр детали – 50 мм, а толщина детали равна 2 мм Вычислить усилие при вытяжке с утоне- ЛС59-1 нием стенки, если исходная толщина стенки заготовки составляет 4 мм, диаметр детали – 20 мм, заданная величина зазора равна 2,5 мм Условия задачи Теория процессов ковки и штамповки. Практикум Дополнительное условие Используется штампо вка на пр о вал в штампе последовательного действия без прижима Гибка производится без калибровки Гибка производится без калибровки Сопротивление металла деформации принять равным 0,8 от предела прочности Вытяжка производится без утонения стенок с прижимом Вытяжка производится без утонения Вытяжка производится без утонения -45- КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ Основы теории процессов листовой штамповки Окончание табл. 9.1 Номер задания 15 Материал изделия Построить эпюру радиальных растягиАД1 вающих напряжений, действующих на фланцевой части заготовки при вытяжке, если диаметр детали равен 150 мм, а диаметр заготовки 100 мм Условия задачи 16 Построить эпюру тангенциальных сжимающих напряжений, действующих на фланцевой части заготовки при вытяжке, если диаметр детали равен 200 мм, а диаметр заготовки 100 мм М1 17 Определить величину максимальных растягивающих напряжений, если толщина детали – 3 мм, диаметр детали – 70 мм, диаметр заготовки – 210 мм, коэффициент трения – 0,1 Определить возможность формовки ребра жесткости и усилие, если длина ребра до деформации – 20 мм, после деформации – 18 мм, а толщина материала – 2 мм Определить возможность внутренней отбортовки сферическим пуансоном за один переход, если диаметр отверстия в заготовке составляет 10 мм, диаметр борта – 20 мм, а толщина – 2 мм Рассчитать усилие отбортовки отверстия диаметром 8 мм, если диаметр борта составляет 10 мм, а толщина заготовки – 4 мм Определить усилие обжима трубы в конической матрице, если толщина стенки трубы составляет 2 мм, ее диаметр – 50 мм, а диаметр после обжима – 35 мм Определить усилие раздачи трубной заготовки с толщиной стенки 4 мм, диаметром 100 мм, если коэффициент раздачи составил 0,75 Ст3 18 19 20 21 22 Л68 Ст 3 Дополнительное условие Количество точек для построения эпюры принять равным 5. Сопротивление деформации принять равным 0,8 от предела прочности материала Количество точек для построения эпюры принять равным 5. Сопротивление деформации принять равным 0,8 от предела прочности материала Вытяжка производится без утонения. Сопротивление деформации принять равным 0,8 от предела прочности материала Отверстие в заготовке получено методом сверления АД1 М1 Д16М Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -46- КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ Основы теории процессов ковки 9.2. Основы теории процессов ковки Исходные условия для решения задач приведены в табл. 9.2. Таблица 9.2 Номер варианта 1 2 3 4 5 6 Материал Дополнительные условия изделия Определить массу падающих частей Сталь Температура нагрева молота, необходимого для осадки заготов3сп металла перед ковкой равки круглого сечения, если диаметр поковна 1200 °С ки составляет 50 мм, высота заготовки – 50 мм; а степень деформации по высоте за удар принята равной 30 % Рассчитать усилие пресса для осадки Сталь 40 Масштабный коэффизаготовки круглого сечения, если диациент принять равным метр поковки составляет 600 мм, а высо0,75. Температуру ковки та поковки – 900 мм выбрать самостоятельно Определить усилие пресса, необходи- Сталь 50 Температура ковки сомое для осадки заготовки с исходными ставляет 1200 °С, масштабразмерами: диаметр заготовки составляет ный коэффициент равен 740 мм, высота заготовки – 1200 мм, вы0,75 сота поковки – 600 мм Построить эпюру осевых сжимающих С1 Показатель трения по Зибелю принять равным напряжений σz, действующих по сече0,8, учитывая, что реалинию заготовки при осадке, если диаметр зуется холодная деформапоковки составляет 100 мм, а высота – ция. Количество точек для 60 мм построения эпюры принять равным 6 С использованием закона трения Сталь 40 Температуру ковки Амонтона-Кулона рассчитать максивыбрать самостоятельно. мальное осевое напряжение и давление Сопротивление деформапри осадке цилиндрической заготовки ции принять равным 0,8 от диаметром 250 мм и высотой 700 мм, еспредела прочности металли диаметр поковки составляет 400 мм ла. Коэффициент трения принять равным 0,5 Условия задачи Определить коэффициенты деформации Сталь 10 Ширина бойков сопо высоте, ширине и длине, если протяжке ставляет 200 мм, величину подвергается квадратная заготовка со стоподачи выбрать самостояроной 100 мм и длиной 300 мм, а высота тельно поковки после деформации равна 80 мм. Коэффициент интенсивности уширения равен 0,5 Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -47- КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ Основы теории процессов ковки Продолжение табл. 9.2 Номер варианта 7 8 9 10 11 12 Материал изделия Рассчитать коэффициент интенсивноМ1 сти уширения при протяжке, если размеры плоской заготовки составляют b0×h0 = = 80×100 мм, высота поковки – 50 мм, а величина абсолютного уширения равна 10 мм Рассчитать усилие пресса для протяж- Сталь 40 ки на плоских бойках квадратной заготовки с размерами Н0 = В0 = 800 мм при величине подачи 600 мм Определить массу падающих частей Сталь 40 молота для протяжки на плоских бойках заготовки с размерами Н0 = В0 = 100 мм при подаче 100 мм Вычислить коэффициенты деформаС1 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 Определить коэффициент уширения С2 при протяжке на плоских бойках заготовки с размерами поперечного сечения H0×B0 = 50×50 мм при величине подачи 40 мм, если размеры поперечного сечения поковки равны H×B = 20×20 мм Определить усилие открытой прошив- Сталь 30 ки сплошным прошивнем, если диаметр заготовки равен 200 мм, а диаметр прошивня 80 мм Условия задачи 13 Рассчитать усилие закрытой прошивки цилиндрической заготовки диаметром 70 мм сплошным прошивнем, диаметр которого составляет 60 мм 14 Вычислить давление открытой и закрытой прошивки при изменении отношения диаметров заготовки и пуансона от 1,5 до 5 с шагом 0,5 и построить графики зависимости этих параметров Дополнительные условия Температура ковки составляет 1100 °С, масштабный коэффициент – 0,75 Температура ковки составляет 1000 °С. Степень деформации за один удар равна 0,1 Ширину бойков выбрать самостоятельно Коэффициент трения по Зибелю принять равным 0,8 Влияние толщины отхода h не учитывать ( d h ≤ 6 ). Температура ковки составляет 1000 °С. Сопротивление деформации принять равным 0,8 от предела прочности металла Сталь 50 Температура ковки составляет 1200 °С. Сопротивление деформации принять равным 0,8 от предела прочности металла Сталь Температура ковки со45Г2 ставляет 1200 °С. Сопротивление деформации принять равным 0,8 от предела прочности металла Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -48- КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ Основы теории процессов объемной штамповки 9.3. Основы теории процессов объемной штамповки Исходные условия для решения задач приведены в табл. 9.3. Таблица 9.3 Номер варианта 1 2 3 4 5 6 7 Материал изделия Рассчитать высоту цилиндрической С1 заготовки диаметром 100 мм для штамповки в открытых штампах круглой в плане поковки диаметром 120 мм и высотой 60 мм Определить высоту цилиндрической С2 заготовки диаметром 50 мм для штамповки в закрытых штампах поковки с размерами b×h×l = 20×20×100 мм Определить высоту поковки после Сталь 3сп штамповки в закрытых штампах, если заданы следующие параметры заготовки: диаметр – 50 мм, высота – 40 мм и диаметр поковки – 70 мм Определить высоту поковки после Сталь 30 штамповки в открытых штампах, если заданы следующие параметры заготовки: диаметр – 80 мм, высота – 60 мм; диаметр поковки – 100 мм Рассчитать усилие штамповки в от- Сталь 50 крытых штампах для круглой в плане поковки диаметром 35 мм, если параметры заусенечной канавки следующие: hз = 5 мм, bз = 12 мм Рассчитать усилие штамповки в от- Сталь 40 крытых штампах для квадратной в плане поковки со стороной 70 мм, если параметры заусенечной канавки следующие: hз = 4,5 мм, bз = 8 мм Рассчитать усилие штамповки в за- Сталь 30 крытых штампах для круглой в плане поковки диаметром 77 мм и высотой 100 мм Условия задачи Определить высоту квадратной в Сталь 40 плане поковки со стороной 100 мм и усилие штамповки в закрытых штампах, если заданы размеры цилиндрической заготовки: диаметр – 50 мм, длина – 100 мм 8 Теория процессов ковки и штамповки. Практикум Дополнительные условия Величину штамповочных уклонов не учитывать Величину штамповочных уклонов не учитывать Потери металла на угар незначительны. Потери металла на угар незначительны. Объем облоя принять равным 15 % от объема заготовки Температура штамповки составляет 1200 оС Температура штамповки составляет 1200 оС Температура штамповки составляет 1000 оС. Радиусы закругления пуансона и матрицы выбрать самостоятельно Температура штамповки составляет 1000 оС. Радиусы закругления матрицы и пунсона одинаковы и равны 5 мм -49- КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ Основы теории процессов объемной штамповки Продолжение табл. 9.3 Номер варианта 9 10 11 12 13 14 Материал изделия Определить усилие штамповки вы- Сталь 40 давливанием поковки типа ступенчатого стержня с размерами корпусной части D = 80 мм, L = 20 мм, размерами стержневой части d = 20 мм, l = 100 мм и углом между ними 600 Рассчитать усилие штамповки вы- Сталь 3сп давливанием поковки, имеющей прямоугольную корпусную часть с размерами поперечного сечения 40×80 мм и цилиндрическую стержневую часть диаметром 10 мм и длиной 20 мм Рассчитать усилие штамповки вы- Сталь 50 давливанием 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 Сталь 30 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 Сталь 40 штамповочного молота для деформации круглой в плане поковки диаметром 40 мм в открытых штампах Рассчитать суммарное потребное Сталь 40 усилие кривошипного пресса, если в двухручьевом штампе одновременно производится предварительная осадка заготовки и окончательная безоблойная штамповка круглой в плане поковки. Размеры заготовки после осадки составляют: диаметр – 70 мм, высота – 40 мм. Размеры поковки после штамповки таковы: диаметр – 100 мм, высота – 19,6 мм Условия задачи Теория процессов ковки и штамповки. Практикум Дополнительные условия Температура штамповки составляет 1200 оС. Радиусы закругления пуансона и матрицы не учитывать Температура штамповки составляет 1200 С. Радиусы закругления пуансона и матрицы не учитывать Температура штамповки составляет 1200 оС. Радиусы закругления пуансона и матрицы не учитывать Температура штамповки составляет 1000 С Температура штамповки составляет 1000 оС. Размеры заусенечной канавки выбрать самостоятельно Температура штамповки составляет 1100 оС. Радиусы закругления матрицы и пунсона одинаковы и равны 2 мм -50- БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Романовский, В. П. Справочник по холодной штамповке / В. П. Романовский. – Л. : Машиностроение, 1979. 2. Попов, Е. А. Основы теории листовой штамповки / Е. А. Попов. – М. : Машиностроение, 1969. 3. Канторович, Л. В. Рациональный раскрой промышленных материалов / Л. В. Канторович, В. А. Залгаллер. – 2-е изд. – Новосибирск : Наука, 1971. 4. Исупов, В. С. Технология листовой штамповки. Задачи, алгоритмы, программы, решения : учеб. пособие / В. С. Исупов, С. Б. Сидельников / ГАЦМиЗ. – Красноярск. 1995. 5. Коновалов, А. Н. Формоизменение при протяжке / А. Н. Коновалов // Кузнечно-штамповочное производство. – 1976. – № 1. – С. 40–43. 6. Теория процессов ковки и штамповки : метод. указания к самостоятельной работе и практ. занятиям на ЭВМ для студентов всех форм обучения специальности 1108 «Обработка металлов давлением» / сост. В. И. Белокопытов, В. Н. Корнилов / КИЦМ. – Красноярск, 1991. 7. Сторожев, А. Г. Теория обработки металлов давлением / А. Г. Сторожев, Е. А. Попов. – М. : Машиностроение, 1977. 8. Суяров, Д. И. Физико-механические основы расчетов параметров пластической обработки металлов / Д. И. Суяров, Ю. А. Горбунов. – Красноярск : Изд-во Краснояр. ун-та. 1984. 9. Степанский, Л. Г. Расчет процессов обработки металлов давлением / Л. Г. Степанский. – М.: Машиностроение, 1976. 10. Охрименко, Я. М. Технология кузнечно-штамповочного производства / Я. М. Охрименко. – М.: Машиностроение, 1976. 11. Сторожев, М. В. Технология ковки и горячей объемной штамповки цветных металлов и сплавов / М. В. Сторожев, Д. И. Середин, С. Б. Кирсанова. – М. : Высш. шк., 1967. 12. Теория процессов ковки и штамповки : метод. указания к самостоят. работе и практ. занятиям на ЭВМ для студентов всех форм обучения специальности 1108 «Обработка металлов давлением» / сост. С. Б. Сидельников / КИЦМ. – Красноярск. 1990. Теория процессов ковки и штамповки. Практикум -51- ПРИЛОЖЕНИЕ А Коэффициент k1в зависимости от L/S 8 15 25 30 Материал Стали 10–15, латунь, алюми- 0,23 0,12 0,07 0,06 ний Коэффициент k2 в зависимости от rП/S 1 2 5 Таблица 1 Коэффициент k3 в зависимости от mГ 0,5 0,6 0,7 rМ/S 1 0,21 0,16 0,13 2 0,18 0,14 0,10 5 0,12 0,10 0,07 Стали 10–15, латунь, алюминий S/D 100 % 5 2 1.2 0.8 Стали 08-10 0,8 0,9 1,0 1,1 0,5 0,6 0,7 0,8 0,35 0,42 0,47 0,50 Таблица 2 Марка сплава АД1 А2 М1 ВТ1-1 Л68 Д16АМ ЛС59-1 С1,С2 Ст3 Сталь 10 Сталь 08кп Сталь 45 Сталь 3сп Сталь 30 Сталь 40 Сталь 45Г2 Сталь 50 Температура испытаний, оС 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 1200 1000 1000 1100 1200 1200 1200 Сопротивление срезу, МПа 110 70 180 480 340 200 400 30 400 290 250 520 – – – – – – – Предел прочности, МПа 150 110 210 600 400 250 450 40 470 340 300 610 25 56 50 38 26 26 22 Теория процессов ковки и штамповки. Практикум Предел текучести, МПа – – – – – – – 20 – – – – 14 49 29 24 16 17 8 -52-
