Теория процессов КШП - Сибирский федеральный университет

реклама
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Сибирский федеральный университет
Кафедра обработки металлов давлением
Красноярск, 2008
Теория процессов
кузнечно-штамповочного
производства
Красноярск, 2008
УДК
ББК
621.73.073
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 кузнечно-штамповочного 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 кузнечно-штамповочного производства. Презентационные материалы. Версия 1.0
[Электронный ресурс] : наглядное пособие / С. Б. Сидельников, Н. Н. Довженко, В. И. Бер и др. – Электрон. дан.
(4 Мб). – Красноярск : ИПК СФУ, 2008. – (Теория процессов кузнечно-штамповочного 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 ; 4 Мб свободного дискового
пространства ; привод DVD ; операционная система Microsoft Windows 2000 SP 4 / XP SP 2 / Vista (32 бит) ; Microsoft
PowerPoint 2003 или выше.
ISBN 978-5-7638-1058-5 (комплекса)
ISBN 978-5-7638-0961-9 (пособия)
Номер гос. регистрации в ФГУП НТЦ «Информрегистр» 0320802399 от 21.11.2008 г. (комплекса)
Номер гос. регистрации в ФГУП НТЦ «Информрегистр» 0320802393 от 27.11.2008 г. (пособия)
Настоящее издание является частью электронного учебно-методического комплекса по дисциплине «Теория процессов кузнечноштамповочного производства», включающего учебную программу, конспект лекций, практикум «Теория процессов ковки и штамповки»,
методические указания по самостоятельной работе, контрольно-измерительные материалы «Теория процессов кузнечно-штамповочного
производства. Банк тестовых заданий».
Представлена презентация (в виде слайдов) теоретического курса «Теория процессов кузнечно-штамповочного производства».
Предназначено 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
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 4 Мб
Красноярск: СФУ, 660041, Красноярск, пр. Свободный, 79
Оглавление
•
•
•
•
•
Введение
Основы теории технологических
процессов листовой штамповки
Основы теории технологических
процессов ковки
Основы теории процессов
объемной штамповки
Заключение
4
Основными целями изучения
теории КШП являются:
• изучение общих методов анализа
формоизменения, энергосиловых параметров,
режимов обработки металлов давлением при
реализации процессов КШП;
• формирование у студентов навыков
самостоятельного решения как
аналитических, так и экспериментальных
задач для конкретных технологических
процессов ковки и штамповки.
Введение
5
В результате изучения
дисциплины студент
должен знать:
• общие методы анализа формоизменения,
энергосиловых параметров, режимов
обработки металлов давлением, способов
воздействия на напряженнодеформированное состояние, структуру
и свойства металлов и сплавов;
• содержание и основные характеристики
технологических операций КШП;
• методы решения задач в теории КШП.
Введение
6
Аналитические методы
исследования операций КШП
• решение дифференциальных
уравнений равновесия совместно
с уравнением пластичности;
• метод линий скольжения;
• метод характеристик;
• энергетические методы (метод работ,
метод мощностей);
• вариационные методы.
Введение
7
Экспериментальные методы
исследования операций КШП
• тензометрический метод
• метод координатной сетки
• поляризационно-оптический метод
Введение
8
Тема: «Элементы расчетов
операций листовой штамповки»
Резка
• Резка листового металла на ножницах
• Механизм деформирования в процессах
резки
• Расчет энергосиловых параметров при
резке на различных типах ножниц
9
Схема резки на ножницах
с параллельными ножами
S0
B
Z
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
10
Схема резки
на гильотинных ножницах
γ
Z
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
11
Схема резки
на дисковых ножницах
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
12
Схема резки
на вибрационных ножницах
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
13
Механизм деформирования
в процессах резки
P
T
h
S0
T
P
Z
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
14
Стадии процесса резки
•
•
•
упругие деформации (смятие
и образование очага
деформации);
пластические деформации
(сдвиговая деформация);
скалывание
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
15
Изменение усилия деформации
в соответствии со стадиями
процесса резки
P
h
S0
H
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
16
Изменение усилия деформации
в зависимости от типа ножниц
P
H
Кривая 1 – усилие резки на ножницах с параллельными ножами;
кривая 2 – усилие резки на гильотинных ножницах
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
17
Схема для расчета усилия резки
на гильотинных ножницах
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
18
Вывод формулы для расчета
усилия резки на гильотинных
ножницах
xB
2
2
0
S
x
h B
P   σ cp h dx  σ cp 
 σ cp
,
x1
x1 2
2tgγ
x 0
S0
h  S0 , B 
tgγ
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
19
Формулы для расчета
усилия, работы деформации
и крутящего момента
для следующих типов ножниц:
•
•
•
•
с наклонными ножами;
дисковые;
с параллельными ножами;
вибрационные.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
20
Ножницы
с параллельными ножами
P  k  B  S0  σ ср ,
,
A  P  λ S0,
где k = 1,0–1,3 – коэффициент, учитывающий условия резки;
λ = 0,3–0,75 – коэффициент, зависящий от рода и толщины металла;
σср – сопротивление металла срезу.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
21
Ножницы
с наклонными ножами
Pk
S σ
cp
2
0
,
2tgγ
A  P  B  tgγ.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
22
Дисковые ножницы
Pk
0, 5S cp
2
0
2tg
,
М  0,5P  Dsinα.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
23
Вибрационные ножницы
P  k  S  σср ,
2
0
A  P  h.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
24
Тема: «Элементы расчетов
операций листовой штамповки»
Вырубка (пробивка)
• Особенности формоизменения при
вырубке и пробивке листовых
материалов
• Напряженно-деформированное
состояние при вырубке (пробивке)
• Постадийное изменение усилия
вырубки и его расчет
• Влияние различных параметров на
усилие вырубки и работу деформации
25
Схема процесса вырубки
(пробивки)
dп
S0
dм
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
26
Вырубка
Пробивка
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
27
Стадии процесса вырубки
(пробивки):
•
•
•
упругий изгиб с вдавливанием
по кольцевому пояску со стороны
матрицы и пуансона;
возникновение изгибающего момента
(выпучивание) и образование трещин
со стороны матрицы и пуансона;
cкол.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
28
Схема НДС в различных частях
деформируемой заготовки
при вырубке (пробивке)
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
29
Оптимальная величина зазора
z  (5  10%)  S 0
Точное значение величины зазора
выбирается в зависимости от пластических
свойств металла и состояния инструмента.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
30
Влияние величины зазора
на деформацию металла
• При оптимальном зазоре поверхности сдвига
и трещины со стороны пуансона совпадают
с соответствующими трещинами со стороны
матрицы.
• При малом зазоре и большой толщине металла
от несовпадения трещин образуется кольцевая
перемычка, которая перерезается
с возникновением новых скалывающих трещин
и на детали образуется надрыв и двойной срез
с протянутым заусенцем.
• В случае очень большого зазора на поверхности
образуются рваные заусенцы от затягивания
и обрыва металла в зазоре.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
31
Формула для расчета усилия
вырубки (пробивки)
P  k  Lд  S0σср  Q.
где Lд – периметр контура детали;
Q – усилие прижима.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
32
Усилие пресса берется
больше рассчитанного
с учетом усилия для
проталкивания Pпр детали
через матрицу и усилия
снятия Pсн полосы
с пуансона
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
33
Формула для расчета
Pпр  n  kпр P
Pпр
,
где n – количество деталей, находящихся в шейке
матрицы; kпр – коэффициент, зависящий от способа
вырубки.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
34
Формула для расчета
Pсн  kсн  P
Pсн
,
Kсн – коэффициент, определяемый
в зависимости от типа штампа;
P – полное усилие деформации при
вырубке.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
35
Значения коэффициентов
kпр  0,05  0,10
kсн  0,02  0,06
kсн  0,10  0,12



при штамповке на провал;
для однопуансонного вырубного
штампа последовательного
действия при толщине заготовки
до 1 мм;
для однопуансонного вырубного
штампа последовательного
действия при толщине заготовки
от 1 до 5 мм.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
36
Тема: «Элементы расчётов
операций листовой штамповки»
Гибка
• Формоизменение при гибке
• Гибка узкой и широкой полосы
• Напряженно-деформированное
состояние при гибке
• Изгиб широкой полосы
• Особенности изгиба узкой полосы
• Энергосиловые параметры
и изгибающие моменты гибки
37
ГИБКА
Технологическая операция листовой
штамповки, в результате которой из
плоской заготовки при помощи штампов
получают изогнутую пространственную
деталь.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
38
Виды гибки
Различают одноугловую, двухугловую,
многоугловую гибку, закатку и завивку.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
39
• rв – радиус слоев металла внутри угла изгиба
(со стороны пуансона);
• Rн – радиус наружных слоев металла
(со стороны матрицы);
• ρн – радиус нейтрального слоя.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
40
Формула для расчета радиуса
нейтрального слоя
Rн +rв
ρн =
 kα ,
2
S1
где kα 
– коэффициент утонения.
S0
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
41
Стадия упругого изгиба
P
L1
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
42
Стадия
упруго-пластического изгиба
L2
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
43
Стадия калибровки
Lк
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
44
Минимально допустимый
радиус гибки
 min
1  2

S,
2
где  – величина относительного сужения
металла; S – толщина изгибаемой полосы.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
45
Величина пружинения
для V-образной гибки
L σт
tgβ  0,375
kS E
,
где  – угол пружинения (односторонний);
k – табличный коэффициент;
L – расстояние между опорами;
Е – модуль упругости материала;
т – предел текучести материала.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
46
Формоизменение
при гибке узких полос
В  3S0
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
47
Формоизменение при гибке
широких полос
В > 3S0
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
48
Схемы НДС при гибке
• узких полос
• широких полос
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
49
Проецирование нагрузок на ось 
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
50
Дифференциальное уравнение
равновесия
d
   r  d  r  rd dz   r  r  dr  d dz  2 
drdz  0;
2
 r rd dz  d  r rd dz   r rd dz   r drd dz    drd dz  0;
d  r  r 
   0.
dr
r
r
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
51
Записав условие пластичности,
получим систему уравнений
следующего вида:
r  
 d r

0

,
r
 dr

    r   s
где знак плюс относится к зоне сжатия в тангенциальном направлении,
а знак минус – к зоне растяжения;  – коэффициент, зависящий от
коэффициента Лодэ и принимающий значения от 1,0 до 1,15.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
52
Последовательность
вывода поля напряжений
для зоны растяжения
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
53
d r
1
  s  0;
dr
r
1
d  r   s dr ;
r
ρ
1
 r    s dr  c   s lnr  c
r
0
из граничных условий (г.у.) r
найдем

0
r  Rí
постоянную интегрирования:
С  s lnRн
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
54
Поле напряжений
для зоны растяжения
Rн




ln
r
s

r


R


н
   s 1  ln


r 


Основы теории технологических процессов листовой штамповки
55
Поле напряжений
для зоны сжатия
r

r   s ln r ,
в


   1  ln r 


s

rв 

При граничных условиях
r
r  rв
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
0
56
На нейтральной поверхности
Rн
н
 s ln   s ln ,
н
rв
н  Rн rв
R = н.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
57
Формула для расчета
изгибающего момента
R’
 R’

M  b    s rdr    s rdr  
’

r‰
2
2
2
2
R’  ’  ’  r‰
1 2
 s
b  s S b
2
4
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
58
Сравнение
изгибающих моментов
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
59
Схема гибки
узкой полосы на ребро
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
60
Напряжения
 rd r r
    0;

  dr
2
    r   s .
Для зоны
растяжения
 rd  r  r
    0;

2
 dr
    s .
Для зоны
сжатия
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
61
Поле напряжений при гибке
узкой полосы на ребро


r 
r  2 s 1 


Rн  ;


    r   s .
Для зоны
растяжения


rв 
r  2 s 1 
 ;
r 



   s .
Для зоны
сжатия
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
62
Схема изгиба усилием
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
63
N 
Rн


dr ,
rв
Rн
н
н
rв
N   s dr     s  dr   s  Rн  2н  rв   2 s  C
S
С  Rн   н
2
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
64
Усилие гибки
P1  bS в k1 ,
P2  2,5bS в k2 ,
где в – предел прочности материала;
b и S – ширина и толщина полосы;
k1, k2 – табличные коэффициенты.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
65
Тема: «Элементы расчётов
операций листовой штамповки»
Вытяжка
• Процесс формоизменения при вытяжке листовых
материалов. Имитационные модели процесса
• Анализ изменения толщины заготовки
при вытяжке
• Напряженно-деформированное состояние
при вытяжке без утонения стенок
• Отыскание поля напряжений при вытяжке
• Особенности формоизменения и напряженнодеформированного состоянии на последующих
переходах вытяжки
• Энергосиловые параметры вытяжки. Вытяжка
с утонением стенок
66
Вытяжка – это технологическая
операция листовой штамповки (ЛШ),
заключающаяся в превращении
плоской или полой заготовки
в открытое сверху полое изделие
замкнутого контура.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
67
Виды вытяжки
• вытяжка изделий осесимметричной
формы;
• вытяжка изделий коробчатой и сложной
несимметричной формы;
• вытяжка с прижимом и без прижима;
• вытяжка с утонением и без утонения
стенок.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
68
Схема вытяжки
без прижима
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
69
Геометрический
коэффициент вытяжки
d
mг  ,
D
где D – диаметр заготовки;
d – диаметр изделия.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
70
Степень вытяжки
1
D
Кв 
 ,
mг d
где D – диаметр заготовки;
d – диаметр изделия.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
71
Анализ изменения толщины
S1  S 0
S 
100%
S0
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
72
Формула для расчета наибольшего утолщения
стенок у края вытянутого изделия
S1  S0 K в .
Условие Шофмана для 1-го перехода:
D  d  20S0 .
Условие Шофмана для i-го перехода:


Аi  4,5 1  mгi .
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
73
Схема НДС при вытяжке
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
74
Базовая схема
очага деформации
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
75
Условие равновесия
в полярной системе координат
и условие пластичности
 dσ r σ r -σθ
+
=0,

ρ
 dρ
 σ -σ =σ .
r
θ
s

При граничных условиях
σr
ρ=R
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
=0
76
ρ
1
R
σ r   (-σ s ) dρ=-σ s lnρ+C  -σ s lnρ+σ s ln R  σ s ln .
ρ
ρ
0
Поле напряжений
для 1-го перехода вытяжки
R

σ r =σ s ln ,

ρ


   1  ln R  .

s


ρ


Основы теории технологических процессов листовой штамповки
77
Формула для расчета величины
максимальных растягивающих
напряжений
R
σ rmax =σ s ln  σ s lnK в
r
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
78
Экстремальные значения
теоретически возможных
коэффициента
и степени вытяжки
σ s lnKв  σ s ;
lnKв  1
К вmax  2, 72;
mгmin  0,37
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
79
Факторы, приводящие
к увеличению максимального
растягивающего напряжения
Трение под прижимом:
 трп
Q

;
RS
где Q  F  q – усилие прижима; F – площадь
заготовки под прижимом; q  1 3 МПа –
давление прижима, зависящее от материала
заготовки;  – коэффициент трения
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
80
Изгиб на кромке матрицы:
σs S
и 
,
2  rм  0,5S 
где rм – радиус скругления матрицы.
Трение на скругленной кромке матрицы
учитывается с помощью сомножителя:
(1+1,6).
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
81
Формула для расчета
максимального
растягивающего напряжения
σ rmax


σsS
R μQ
  σ s ln 

 
r RS 2  rм  0,5S  

 1  1,6 
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
82
Схема
деформации
на последующих
переходах вытяжки
I – участок свободного изгиба;
II – конический участок;
III – участок контакта со
скругленной кромкой матрицы.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
83
Уравнение равновесия и условие
пластичности для 1-го участка
μρ
 dσ r
+σ r – σ θ –
ρ
sinα
 dρ
 σ – σ =σ
θ
s
 r
Граничные условия для 1-го участка
σs S
σ r ρ=R =
4 R
Закон распределения радиальных напряжений
R σs S
σ =σ sln +
ρ 4Rρ
I
r
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
84
Радиусы кривизны для 2-го
участка
Rρ  
ρ
Rθ 
cos α
Закон распределения радиальных напряжений
μ
μ




tgα
tgα
S  ρ  
 tgα    ρ    R
II
σ r =σ s  1+
   
 1-    +  ln +
μ   R1 
R1 2Rρ   R1  






Основы теории технологических процессов листовой штамповки
85
Закон распределения
радиальных напряжений на
3-м участке
σ
III
rmax


μ
S
 σ s 1 

μcosα  
R
 tgα

S
S 
 r
 1   
sin α 
 1  μα
R
2rм  S 
 R
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
86
Выбор оптимального угла
конусности
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
87
Формула для расчета
оптимального угла конусности
матрицы
α опт
dσ rmax
R
1  mг  ,

 arcsin μ
dα
S
где  – коэффициент трения;
mг – геометрический коэффициент вытяжки.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
88
Обобщенная формула
для расчета усилия вытяжки
P  LSσ r max  k ,
где S – толщина детали;
L – периметр детали;
k – коэффициент, учитывающий форму
детали;
σ r max – максимальное радиальное напряжение.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
89
Формула для расчета усилия
вытяжки цилиндрических
деталей с широким фланцем
P  π  d  S  σ в  kф ,
где σ в – предел прочности металла;
k ф = 0,18–1,1.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
90
Формула для расчета усилия
многооперационной вытяжки
цилиндрических деталей
без фланца
P   di  S  в  kз ,
где i – номер операции
k3 – коэффициент, зависящий
от материала заготовки, номера
операции, относительной толщины
и коэффициента вытяжки.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
91
Формула для расчета усилия ,
на последних переходах вытяжки
высоких квадратных коробок
P  (4 B  1.72rк )  S в  kв ,
где В и rк – соответственно ширина
и радиус углового закругления коробки;
kв = 0,4; 1,1 – коэффициент.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
92
Схема вытяжки
с утонением стенок
Z < S0; SД > S1.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
93
Формула для расчета
степени деформации
2S 2S 0  S1 
εd 

,
d1
d1
где d1 – диаметр заготовки
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
94
Уравнения баланса внешних (Ав)
и внутренних (Ад) работ
Ав  Ад
Аа  Атр.м.  Атр.п.  Аср  Аф
где Аа – работа активных сил, создаваемых
напряжениями;
Атр.м, Атр.п – работа трения на матрице и пуансоне;
Аср – работа сил среза на верхней и нижней границах
очага деформации;
Аф – работа формоизменения в очаге деформации.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
95
Формула для вычисления
максимального осевого
напряжения
 z max
 S0   
S0  S0 
  s ln   1  ln  ln 
S1  S1 
 S1 2  
Формула для расчета
оптимального угла
конусности матрицы
α опт

S0  S0
 2μ1  ln  ln .
S1  S1

Основы теории технологических процессов листовой штамповки
96
Формула для расчета усилия
вытяжки с утонением стенок
Pi  πd i S i 1  S i σ в k у ,
где kу – коэффициент, равный для сталей 1,8–2,25;
для латуней 1,6–1,8.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
97
Тема: «Элементы расчетов
операций листовой штамповки»
Формовка
• Операция рельефной формовки.
Имитационные модели процесса
• Условия формоизменения и параметры,
характеризующие процесс формовки
• Усилие формовки
• Формоизменение металла при отбортовке.
Имитационные модели процесса.
Коэффициент отбортовки
• Анализ поля напряжений и особенностей
деформации при отбортовке
• Усилие отбортовки
98
Листовая формовка – изменение
формы заготовки за счет
местных деформаций
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
Основные операции
листовой формовки
•
•
•
•
рельефная формовка;
отбортовка;
обжим;
раздача.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
100
Рельефная формовка –
операция листовой штамповки, которая
служит для получения выпукло-вогнутого
рельефа за счет местных локальных
деформаций растяжений.
Стадии:
 деформация кольцевого участка шириной
R2–R1 с пластической деформацией дна
выпуклости;
 пластическая деформация смежного
кольцевого участка шириной R3–R2.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
101
Схема процесса формовки
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
102
Степень деформации
при формовке ребер
L0  L1

100 %  0, 75  15 –18 %
L0
где L0 ,L1 – длина ребер до и после
деформации.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
103
Формула для расчета усилия
формовки ребер жесткости
Pр  LS  σ в k р ,
где Кр = 0,7–1 – коэффициент,
зависящий от ширины и глубины ребра.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
104
Отбортовка
Отбортовка – операция получения
горловины в плоской или пространственной
заготовке за счет растяжения
в тангенциальном направлении путем
вдавливания в отверстие матрицы части
заготовки с предварительно полученным
отверстием. Различают два вида операции:
отбортовку отверстий (внутреннюю) и
отбортовку наружного контура (внешнюю).
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
105
Схема процесса отбортовки
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
106
Формула для расчета высоты
образованного борта
Н  0,5D  d   0,43r  0,72S.
Формула для расчета
коэффициента отбортовки
d
mот  .
D
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
107
Схема НДС при отбортовке
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
108
Поле напряжений, действующее
в деформированном участке
борта

 r0 
σ r  σ s 1  
.

ρ


 σ σ
θ
s

Основы теории технологических процессов листовой штамповки
109
Эпюра радиальных напряжений
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
110
Формула для расчета
усилия отбортовки отверстий
цилиндрическим пуансоном
Pотб  kот  π  ( D  d )  S  σ т ,
где
kот  1.1 – коэффициент;
σ т – предел текучести
материала заготовки.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
111
Тема: «Элементы расчетов
операций листовой штамповки.
Операции обжима и раздачи»
• Основные понятия и характеристики процесса
обжима. Имитационные модели процесса. Степень
и коэффициент обжима
• Обжим в конической матрице. Особенности
формоизменения и напряженно-деформированного
состояния при обжиме в конической матрице
• Усилие обжима
• Разновидности процесса раздачи. Имитационные
модели процесса. Коэффициент раздачи
• Особенности формоизменения и напряженнодеформированного состояния при раздаче
• Усилие раздачи
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
112
Обжим
Обжим – операция листовой
формовки, предназначенная для
уменьшения поперечных размеров
краевой части полых цилиндрических
деталей. Обжим применяется для
изготовления деталей типа горловин
и патронных гильз и проводится, как
правило, с применением смазок.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
113
Схема обжима
в конической матрице
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
114
Схема обжима в матрице
с криволинейной образующей
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
115
Стадии деформирования
при обжиме
в конической матрице
•
•
•
•
подгибка;
деформация на коническом участке
матрицы за счет сил трения;
свободный изгиб;
спрямление элементов заготовки.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
116
Формула для расчета
усилия обжима
P  π  D  S0  σ в  kоб
где kоб  0,3  1,0 – коэффициент,
зависящий от коэффициента обжима.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
117
Раздача
Раздача – операция листовой формовки,
предназначенная для увеличения краевой
части полой цилиндрической заготовки.
К разновидностям данной операции
относятся: раздача коническим пуансоном,
раздача резиновым пуансоном и раздача
с помощью жидкости (гидравлическая)
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
118
Схема раздачи
коническим пуансоном
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
119
Стадии процесса раздачи
• упругое сжатие заготовки;
• свободный изгиб на входе в очаг
деформации и пластическая
деформация краевой части заготовки;
• контактное деформирование на
коническом участке;
• свободный изгиб на выходе из очага
деформации и формирование участка
нового диаметра.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
120
График постадийного
изменения усилия
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
121
Формула коэффициента раздачи
d
mр  .
D
Формула для расчета толщины
стенки у края участка
S1  S mр .
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
122
Формула для расчета
усилия раздачи
P  π  d  S  σв  k р ,
где k р  0, 4  1,0 – коэффициент,
зависящий от коэффициента раздачи.
Основы теории технологических процессов листовой штамповки
123
Тема: «Основы теории
технологических процессов ковки.
Разновидности процесса осадки»
• Основы теории ковки
• Осадка и ее разновидности. Имитационные
модели процесса
• Основные параметры формоизменения
процесса осадки
• Осадка низких и высоких заготовок
• Анализ напряженно-деформированного
состояния при осадке. Математическая
модель оценки неоднородности деформации
при осадке
• Удельное и полное усилие осадки
• Работа деформации при осадке
124
Достоинства ковки
• возможность с помощью простого и дешевого
инструмента изготовлять поковки
разнообразной формы и размеров любой
массы;
• возможность обрабатывать крупные слитки
и заготовки;
• целесообразность использования
в мелкосерийном производстве.
Недостатки ковки
• значительный расход металла;
• низкая производительность по сравнению
с объемной штамповкой.
Основы теории технологических процессов ковки
125
Осадка
Осадка – кузнечная операция,
предназначенная для увеличения поперечного
сечения заготовки за счет уменьшения ее
высоты.
Применяется:
– как основная операция (формоизменяющая)
для получения поковок заданной формы
и размеров;
– как дополнительная операция для
увеличения общей степени деформации при
ликвидации литой структуры, анизотропии
свойств и обеспечения соответствующего
расположения волокон в будущей детали.
Основы теории технологических процессов ковки
126
Разновидности процесса осадки
Осадка
гладкими
бойками
Осадка
кольцевыми
плитами
Высадка
Основы теории технологических процессов ковки
Обкатка
по диаметру
127
Схема процесса осадки
Основы теории технологических процессов ковки
128
Показатели деформации
при осадке
H 0  H1
εh 
100 %
H0
Относительная степень
деформации
H  H 0  H 1
Абсолютная степень
деформации
H0
У=
H1
Коэффициент укова
по высоте
Основы теории технологических процессов ковки
129
Очаг деформации при осадке
1 – зоны затрудненной деформации;
2 – зоны наиболее интенсивной осевой
и радиальной деформации;
3 – зоны кольцевых растягивающих
напряжений;
4 – зоны наиболее равномерной деформации
Основы теории технологических процессов ковки
130
Зависимость показателя
бочкообразования θ от ε h и H 0 D0
Vб
θ
100%
V
где Vб – объем металла в
зоне бочкообразования;
V – объем заготовки.
Основы теории технологических процессов ковки
131
Схема НДС при осадке
в условиях максимального трения
Основы теории технологических процессов ковки
132
Очаг деформации при осадке
Основы теории технологических процессов ковки
133
Аппроксимация радиальной
составляющей скорости r с учетом бочки
 z2  r
r  a 1  2   ,
 h  R
где a – варьируемый
скоростной коэффициент.
Составляющие скорости деформации
 z2  1
 z2  1
d r

ξ rr 
 a 1  2  ; ξ    a 1  2  ;
dr
r
 h R
 h R
ξ zz  ξ  ξ rr  0;
d z
2a  z 2 
z
z3
ξ zz 
  1  2   z  2a  2a 2  C .
dz
R h 
R
3h R
Основы теории технологических процессов ковки
134
Поле
скоростей


3 z  z2
 z     2  1  ;
2 h  3h



2

  3  γ 1  z  .
 r 4 h  h2 



Поле скоростей
деформации

3   z2 
ξ zz    1  2  ;
2 h h 


3   z2 
ξ rr  ξ    1  2  ;
4 h h 


3 zr
ξ rz    3 .
2 h

Основы теории технологических процессов ковки
135
Интенсивность скоростей деформации ξ
при условии, что
ξ rr  ξ  ξ zz  2ξ rr ;
ξ r  ξ z  0;
  2 3rr  rz ;
2
2
или
2
2 2


3 
z
4r z
 
3 1  2   4 .
2 h  h 
h
2
Основы теории технологических процессов ковки
136
Соотношение для оценки
неоднородности деформации
ξ
3 
z  4r z

31  2  
4
ξ0
2
h
 h 
2
Основы теории технологических процессов ковки
2
2
137
Анализ
неоднородности деформации
в характерных точках
Номер точки
1
2
3
4
Координаты
r=0
z=0
r=0
z=h
r=R
z=h
r=R
z=0
0
3R
h
1,5
ξ
ξ0
1,5
Основы теории технологических процессов ковки
138
Тема: «Основы теории
технологических процессов ковки.
Теоретические основы
процесса осадки»
• Оценка возможности осадки без
разрушения
• Поле напряжений и энергосиловые
параметры при осадке низких
заготовок
• Оценка температуры поковок при
осадке
• Расчетные формулы для выбора
оборудования при осадке
139
Схема процесса осадки
1 – цилиндрическая зона;
2 – кольцевая зона
Основы теории технологических процессов ковки
140
Анализ схемы осадки
Из условия связи девиатора напряжений
с девиатором скорости деформации имеем
2τ 0
σr  σ0 
ξ rr
ξ
где
τ0
или
σ0
2ξ rr

 σr ,
τ0
ξ
σ 0 – нормальное октаэдрическое напряжение;
– касательное октаэдрическое напряжение;
σ0
kн 
– показатель напряженного состояния.
τ0
Основы теории технологических процессов ковки
141
На поверхности осаженной заготовки σ r  0 , тогда
3   z2  2 h
kн    1  2   
4 h h 3 
1
2
 z  z r
3 1  2   4
h
 h 
2

2 2
z2
1 2
h
2
 z  z 2r 2
2 3 1  2   4
h .
 h 
2
На боковой поверхности заготовки
kн  
1
2 3
 0, 285.
На контакте
kн  0.
Основы теории технологических процессов ковки
142
Постановка задачи
Основы теории технологических процессов ковки
143
Вывод поля напряжений
Дифференциальное уравнение
равновесия:
d σ r σ r  σ  2τ

  0.
dr
r
h
Допустим, что σ r  σ , тогда
 dσ r 2 τ


 0;
 dr
h
 σ r  σ z  σ s .
Основы теории технологических процессов ковки
144
Продифференцировав последнее уравнение
системы, имеем
dσ r dσ z

.
dr
dr
Приняв закон трения по Зибелю (
τ  μσs), получим
2mσ s
2mσ s
2mσ s
dσ r
2τ


; dσ z  
dr ; σ z  
r C.
dr
h
h
h
h
Из граничных условий σ z
r R
 σs
2mR
С  σs 
σs.
h
Основы теории технологических процессов ковки
145
Тогда
 2m

R  r ,
σ z  σ s 1 
h


величина максимальных напряжений,
действующих в центре заготовки
σ zmax
r 0
 2m 
 σ s 1 
R
h 

Давление осадки
R
p   2πσ z rdr
0
 2m R 
 
2  σ s 1 
πR
3 h



Основы теории технологических процессов ковки
146
Усилие осадки
P  рF  pπR
2
Аналогичные выводы можно сделать, используя закон
трения Амонтона – Кулона ( τ  μσ z ). В результате
получим следующие формулы:
 2μ

σ z  σ s exp  ( R  r );
h

σ z max
 2μR 
 σ s exp 
;
 h 
 2 R
p  σ s 1  μ .
 3 h
Основы теории технологических процессов ковки
147
Эпюры напряжений
• кривая 1 – эпюра, полученная с использованием
закона Зибеля;
• кривая 2 – эпюра, полученная с использованием
закона Амонтона – Кулона.
Основы теории технологических процессов ковки
148
Оценка температуры поковок
при осадке
Уравнение теплопроводности
  2  2  2 
λс  λ  2  2  2   Wдеф
 x y z 
где с − теплоемкость;
ρ − плотность;
 − теплопроводность;
Wдеф − мощность деформации.
Основы теории технологических процессов ковки
149
Уравнение баланса мощностей
в объеме, заключенном между
двумя бесконечно близкими
сечениями
d
d  d 
(cS1dl )
 λ  S1
 dl  Wдеф S L dl 
dt
dl  dl 
n
n
  c Ldl   (   к )ldl
где  – напряжение трения; c – скорость скольжения
металла по инструменту; L – длина контактных
поверхностей;  – коэффициент теплообмена;
к – температура инструмента на контакте.
Основы теории технологических процессов ковки
150
Средняя мощность деформации
при однородной осадке
l

  σ s ξ i dz  σ s .
h0
h
h
Wдеф.
Произведем замену S1 dl на 2πrhdl и 2 Ldl на
4πrdr, а время dt выразим через изменение высоты:
dh  dt. Тогда, подставив выражения в условие
баланса мощностей, получим неоднородное
дифференциальное уравнение:
dθ
2
cρh
 2α(θ  θ k )  σ s (1  m ).
dh
h
Основы теории технологических процессов ковки
151
Распределение температуры по
поковке в начальный момент
времени
h
θ  θ к  (θ 0  θ к ) 
 h0 
2α
cρ
2α



c
ρ
σ s 
mα
r h 

1 2
   



2α
cρ  2α h  h0 



mα
r
 1  2
 
cρ  2α h 

• при   соnst , h  h0 и θ  θ 0 .
Основы теории технологических процессов ковки
152
Упрощенная формула
для расчета температуры
поковки при осадке
σ s  h0 mr 
h 
1  
θ  θ 0  ln 
cρ  h
h  h0 
Средняя температура по объему
поковки диаметром D равна:
 s  h0 mD 
h 
   0   ln 
1    .
c  h 3h  h0  
Основы теории технологических процессов ковки
153
Расчетные формулы для выбора
оборудования при осадке
 0,17 D1 
3
σ в ε hVзаг 10 ,
G  0,17  1 
H1 


0,17 D1 
6
σ в F1 10 .
P  ψ  1 
H1 

Основы теории технологических процессов ковки
154
Тема: «Основы теории
технологических процессов ковки
Разновидности процесса протяжки»
• Протяжка и ее разновидности. Имитационные
модели процесса
• Особенности формоизменения при протяжке
• Напряженно-деформированное состояние
при протяжке
• Свойства металлов при ковке
• Форма, относительные размеры бойков и их
влияние на напряжено-деформированное
состояние при протяжке
155
Протяжка
Протяжка – кузнечная операция,
в процессе которой производится удлинение
заготовки или ее части за счет уменьшения
площади поперечного сечения.
Протяжку применяют:
– как формоизменяющую операцию для
получения поковок заданных форм и размеров;
– как вспомогательную операцию для
устранения внутренних пустот и улучшения
механических свойств металла за счет
разрушения литой структуры.
Основы теории технологических процессов ковки
156
Схема процесса протяжки
Основы теории технологических процессов ковки
157
Показатели деформации
при протяжке
Абсолютное обжатие
H  H 0  H1
Относительные деформации
H 0  H1
B1  B0
L1  a
εh 
, εв 
, εL 
H0
B0
a
– по высоте
– по ширине
Основы теории технологических процессов ковки
– по длине
158
Коэффициент
интенсивности уширения
εв
f 
εh
Коэффициент укова
L1
У
L0
Основы теории технологических процессов ковки
159
Способы протяжки
По винтовой
линии
С кантовкой
в обе стороны
С кантовкой
после прохода
на всю длину
Основы теории технологических процессов ковки
160
Зависимость коэффициента f
от геометрического параметра
протяжки
Основы теории технологических процессов ковки
161
Искажение сетки
Схема НДС
Основы теории технологических процессов ковки
162
Зависимость напряжений
от величины H0/а
Основы теории технологических процессов ковки
163
Тема: «Основы теории
технологических процессов ковки.
Теоретические основы
процесса протяжки»
• Анализ формоизменения
и энергосиловых параметров протяжки
с помощью математической модели
• Расчетные формулы для выбора
оборудования при протяжке
164
Геометрическая модель очага
деформации при протяжке бруса
Основы теории технологических процессов ковки
165
Допущения для решения задачи
• материал идеально пластичен;
• влияние радиусов и скруглений
бойков не существенно;
• закон трения принят по зибелю;
• составляющие скорости зависят
от соответствующих координат.
x  f  x  , y  f  y  , z  f  z 
Основы теории технологических процессов ковки
166
Условие несжимаемости
d x d  y d z


0
dx
dy
dz
имеет следующее решение:
 x  C1 x  C2

  y  C3 y  C4
    C  C  z  C ,
1
3
5
 z
где Сi – постоянные интегрирования.
Основы теории технологических процессов ковки
167
Из граничных условий
x
x 0
 0;  y
y 0
 0; z
z 0
 0; z
z h
 
найдем постоянные интегрирования

C2  C4  C5  0; C1  C3  ,
h
с учетом которых поле скоростей запишем
в виде системы
 x  C1 x;

 y  C3 y;
     C  C  z.
1
3
 z
Основы теории технологических процессов ковки
168
Коэффициент уширения
Q—

; 0   1
Q
Выразим постоянные интегрирования через :


C1  1    , C3  
h
h
Кинематически возможные скорости
в поковке для блока 1

 y1   z1  0;
x1   (1  )
h
Основы теории технологических процессов ковки
169
Поле скоростей для
центрального блока 2


x2  h (1  ) x;



 y2  y;
h



  z 2   h z.

Поле скоростей
для блока 3

 x3  (1  )
h
 y  z  0;
3
3
Интенсивность скоростей деформации
ξ
ξ0
2 
2 

1    2
3 h
Основы теории технологических процессов ковки
170
Уравнение баланса мощностей
Wвн  Wдеф  Wтр  Wср .
Мощность деформации

 8   σ s ξ i dxdydz  16σ s
bl 1    2 .
3
0 0 0
h b l
Wдеф
Мощность трения
b l
Wтр  8  τс dxdy.
0 0
Мощность сил среза
h b
h b
4
4
W- p 
 s    12 dxdy 
 s    23 dxdy
3 00
3 00
Основы теории технологических процессов ковки
171
Зависимость коэффициента
уширения от безразмерных
геометрических параметров
очага деформации
Основы теории технологических процессов ковки
172
Формула определения усилия
пресса, необходимого
для осуществления процесса
протяжки

a
P   1  0,17
H0


5

B
a

10
,
 в 0

где  – коэффициент, учитывающий форму бойков
(для плоских  =1, для круглых  =1,25);
 – масштабный коэффициент; а – величина подачи,
мм; В0 и H0 – размеры заготовки, мм; σ – предел
прочности металла, МПа.
Основы теории технологических процессов ковки
173
Формула определения массы
падающих частей молота
для осуществления процесса
протяжки

a 
1
G  1, 7 1  0,17


H
B
a

10
,
 в h 0 0
H0 

где относительная степень деформации за
один удар – не более 0,3.
Основы теории технологических процессов ковки
174
Тема: «Основы теории
технологических процессов ковки.
Прошивка»
• Условия формоизменения
при открытой и закрытой прошивке
• Имитационные модели процесса
• Напряженно-деформированное
состояние при прошивке
• Усилие и работа деформации
при различных видах прошивки
175
Прошивка
Кузнечная операция, при помощи
которой в заготовках получают
глухие или сквозные полости.
При использовании различных
видов прошивки формоизменение
металла существенно отличается.
Основы теории технологических процессов ковки
176
Схемы процессов открытой
и закрытой прошивки
Основы теории технологических процессов ковки
177
Стадии процесса прошивки
• На первой стадии при свободной прошивке
осуществляется осадка и радиальная
раздача заготовки.
• На второй стадии поверхность заготовки
контактирует с боковыми стенками
инструмента и матрица заполняется
металлом.
• Третья стадия характеризуется обратным
выдавливанием металла, при этом
формирование стенок изделия
осуществляется в зазоре между матрицей
и пуансоном.
Основы теории технологических процессов ковки
178
Зависимость параметров
процесса прошивки от
безразмерных параметров
• кривая 1 – открытая прошивка;
• кривая 2 – закрытая прошивка
Основы теории технологических процессов ковки
179
Формулы для определения
удельного усилия открытой
и закрытой прошивки
D 2 

рo   s 1  1,1ln 

d
6



D
2

р3   s 1,5  kd ln 
d

d
3 kd

D

Основы теории технологических процессов ковки






180
Формулы для расчета усилия
открытой и закрытой прошивки
P0  p0  F1 ,
Pз  pз  F1.
Основы теории технологических процессов ковки
181
Тема: «Основы теории процессов
объемной штамповки.
Штамповка в открытых штампах»
• Преимущества и недостатки
штамповки в открытых штампах
• Стадии формоизменения при
штамповке в открытых штампах
• Усилие штамповки. Заполнение
полости штампа в зависимости
от параметров облойной канавки
182
Штамповка
Процесс штамповки заключается
в принудительном перемещении металла
заготовки в полости специализированного
инструмента – штампа. Две полости штампа
(ручьи) при совмещении образуют форму
штампуемой поковки. Заготовку приближают
к форме поковки в предварительных
(подготовительных) ручьях и оформляют
затем в окончательных (черновых) ручьях.
Основы теории процессов объемной штамповки
183
Схема штамповки
в открытых штампах
1 – верхняя половина штампа; 2 – нижняя
половина штампа; 3 – заусенечная канавка;
4 – поковка; 5 – торцевые поверхности заготовки;
6 – ручьи штампа; 7 – облой
Основы теории процессов объемной штамповки
184
Факторы, характеризующие
процесс открытой штамповки
• объем металла непостоянен. Следовательно,
имеется часть металла, которая удаляется в отход.
При этом должно соблюдаться условие:
Vзаг  Vп  Vз
• направление вытеснения металла
перпендикулярно направлению движения штампа;
• заусенец (облой) создает противодавление,
которое, увеличивая гидростатическое давление
в штампе, обеспечивает заполнение угловых
элементов ручья. При этом реализуется
возможность регулирования заполнения штампа.
Основы теории процессов объемной штамповки
185
Стадии процесса
открытой штамповки
а
а – свободная
осадка
б
б – заполнение
штампа
в
в – выдавливание
заусенца
Основы теории процессов объемной штамповки
186
Постадийное изменение
усилия штамповки
Основы теории процессов объемной штамповки
187
Основные недостатки
открытой штамповки
• большие потери металла на заусенец,
которые зависят от массы и формы
поковок и могут достигать 30 % и более;
• волокна металла при удалении облоя
оказываются перерезанными, что
существенно снижает качество поковок.
Основы теории процессов объемной штамповки
188
Усилие штамповки
при выборе кривошипного
горячештамповочного пресса
для круглых в плане поковок

 bз
bз 
DП  
P  T 1,5 
 Fз    0,375ln  FП  ,
2hз 
hз  
 hз

где σ T – предел текучести металла при температуре
штамповки, МПа; bз, hз – соответственно ширина и
толщина мостика облоя, мм; Fз, FП – соответственно
площадь проекции мостика облоя и поковки на
плоскость разъема, мм2; DП – диаметр поковки, мм
(для поковок, близких по форме к круглым
и квадратным в плане, принимают DП  1,13 FП ).
Основы теории процессов объемной штамповки
189
Масса падающих частей
штамповочного молота G (кг)
для круглых в плане поковок
G  5,6 1  0,0005DП  x1  x2 ln x3  Т 10

4

x1  3,75bз  0,25 DП  75  0,001D ,

2
П

x2  DП 0,5b  0,25bз DП  0,02 DП ,
2
з


2,5 75  0,001D
x3  
,
DП hз
2
П
Основы теории процессов объемной штамповки
190
Тема: «Основы теории процессов
объемной штамповки.
Штамповка в открытых штампах»
• Модель формоизменения и оценка
усилия деформации при штамповке
в открытых штампах
• Имитационные модели процессов
штамповки
191
Схема процесса штамповки
в открытых штампах
Основы теории процессов объемной штамповки
192
Допущения, принятые
при постановке задачи
• Деформация осесимметрична и симметрична
относительно плоскости, проходящей при
z = 0 перпендикулярно оси z.
• Материал идеально пластичен.
• Влияние радиусов закругления
и штамповочных уклонов незначительно.
• Напряжения трения максимальны
σ
и равны τ  s .
3
Основы теории процессов объемной штамповки
193
Поле скоростей деформаций
Для области 1
% 2
%


ξ i1  
ξ 2z  ξ z ξ r  ξ r2  ,
z2
z2
3
Для области 2
 1 R12  % R12 1
ξ i2   1 
 2
,
2 
3r z2
 3r 
Для области 3
ξ i3  0,
Основы теории процессов объемной штамповки
194
Формула для расчета усилия
штамповки
2πσ s
Р

 2

1 Ri 
2
%
Ri 1 
     KRi  ;
 3 3 z2 


2 Ri z2  2 zi 3Ri  2 R1
K  1  ln


.
3 R1
3R1
3 3z2
Основы теории процессов объемной штамповки
195
Тема: «Основы теории процессов
объемной штамповки.
Штамповка в закрытых штампах»
• Назначение и особенности штамповки
в закрытых штампах
• Имитационные модели процесса
• Анализ влияния формы штампа
и течения металла на его заполнение
• Основные стадии и характер течения
металла
• Анализ энергосиловых параметров
процесса штамповки
196
Схема штамповки
в закрытых штампах
Основы теории процессов объемной штамповки
197
Достоинства
• значительная экономия металла;
• отсутствие дополнительной операции
обрезки облоя;
• благоприятная схема всестороннего
сжатия;
• меньшая (по сравнению с открытой
ο
штамповкой) величина уклонов α  1  3 .
Основы теории процессов объемной штамповки
198
Недостатки
• неуниверсальность;
• необходимость точной дозировки
количества металла;
• точность поковки по высоте ниже, чем
при штамповке в открытом штампе.
Основы теории процессов объемной штамповки
199
Усилие деформации
для круглых в плане поковок
2



1,5 H п
2r
r

P  σ т 2,071  2   1,5 ln
 12 2
Dп 
2r2
Dп




Hп
H п2
r2 
1 
  4,5
 1,92 2 
Dп 
Dп
Dп


Dп
2
H п  r1  r2   1,5Fп ,


6 H п Dп

r2
Hп
x1 
, x2 
,
Dп
Dп
где r1, r2 – соответственно радиусы закругления
пуансона и угла матрицы; Нп – высота поковки;
Dп – диаметр поковки.
Основы теории процессов объемной штамповки
200
Тема: «Основы теории процессов
объемной штамповки.
Штамповка выдавливанием»
• Разновидности процессов
выдавливания
• Имитационные модели процесса
• Формоизменение и энергосиловые
параметры процесса
• Постадийное изменение усилия
выдавливания
201
Схема процесса штамповки
выдавливанием
Основы теории процессов объемной штамповки
202
Преимущества
• возможность получения поковок
из малопластичных сплавов с точными
размерами и качественной поверхностью;
• возможность выдавливания в стержневую
часть поковки излишка металла и его
последующее удаление;
• нет необходимости в точной дозировке
металла.
Основы теории процессов объемной штамповки
203
Недостатки
• высокие удельные усилия деформации;
• относительно низкая стойкость
инструмента;
• ограниченность форм поковок;
• сложная конструкция рабочего
инструмента.
Основы теории процессов объемной штамповки
204
Стадии процесса штамповки
выдавливанием
• Осадка до момента соприкосновения
с боковыми стенками оси полости
штампа.
• Заполнение основной полости штампа.
• Формирование поковки в полости
выдавливания.
Основы теории процессов объемной штамповки
205
Усилие штамповки
выдавливанием для схемы
прямого выдавливания
 1
2  F 2 L 2l 
P   т 

 F
 ln 
 2sin  1  cos   f D d 
Если поперечное сечение поковки отличается
от круга, то вместо диаметров D и d
необходимо использовать приведенные
диаметры:
D  1,13 F , d  1,13 f .
Основы теории процессов объемной штамповки
206
Заключение
Сравнительная характеристика оценок
формоизменения металла
и энергосиловых параметров кузнечноштамповочных операций.
207
Скачать