close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Конспект лекций по предмету Горячая Штамповка

код для вставкиСкачать
Aвтор: LiberAl Самарский Государственный Аэрокосмический Университет, кафедра ОМД, "отл". 2003г.
Лекция 1.
Типовая маршрутная технология кузнечного производства.
1 Исходный материал.
2 Резка на заготовки.
3 Нагрев.
4а Свободная ковка.
4б Объемная штамповка
5 Обрезка облоя, геометрическая правка.
6 ТО, очистка от окалины, холодная правка
Ковке подвергаются различные сплавы в виде: слитков, кованных, прессованных и катанных заготовок.
Основные дефекты слитка:
1 Усадочная раковина и рыхлость. Удаляется перед ковкой и составляет 20-25% от слитка.
2 Донная часть - скопление примесей 2-8% удаляется перед ковкой.
3 Газовые пузыри внутри слитка. Если поверхность пузырей не окислена, то они в процессе деформации завариваются.
4 Подкорковые пузыри. Их поверхность окислена, удаляется перед ковкой.
5 Заливины - капли жидкого металла застывшие на поверхности слитка. Удаляется перед ковкой.
6 Температурные трещины на поверхности слитка.
Катанный металл.
Чаще всего это круглые прутки различного диаметра.
Дефекты:
1 Долевые царапины.
2 Волосовина.
3 Плены на поверхности.
Для нагрева применяют различные способы:
Электронагрев для цветных сплавов.
Газовые печи.
Нагрев в расплавах солей.
Свободная ковка - получение поковок на универсальном оборудовании с применением универсального инструмента.
Оборудование: молота свободной ковки и гидравлические пресса.
1 Нагрев.
2 Рубка на заготовки.
3 Осадка.
4 Прошивка.
Штамповка - сугубо специализированное производство.
1 Резка на заготовки.
2 Формоизменяющие операции:
а Осадка;
б Штамповка.
3 Обрезка заусенцев, просечка перемычки.
После свободной ковки получают поковку, после штамповки - штампованную поковку (или штамповку).
Сравнение различных способов получения детали.
| а | б | в | г | д | е |
-|---|---|---|---|---|---|
1|+ +| + |+ +| - | + |+ +|
-|---|---|---|---|---|---|
2|+ +| - | + | - | + |+ +|
-|---|---|---|---|---|---|
3|- -| - | + | - | + |+ +|
-|---|---|---|---|---|---|
4| - |- -| - | + |+ +|+ +|
-|---|---|---|---|---|---|
5|- -| - | + | - |+ +|+ +|
--------------------------
1 - Сложность детали.
2 - Шероховатость поверхности.
3 - К.И.М.
4 - Механические свойства детали.
5 - Производительность.
а - Механическая обработка
б - Обычное литье.
в - Точное литье.
г - Свободная ковка.
д - Штамповка.
е - Перспективные методы штамповки.
|- -| очень плохо
| - | плохо
| + | хорошо
|+ +| очень хорошо
Потери при штамповке:
1 Резка заготовок 2-4%
2 Штамповка 15-25%
3 Мех.обработка 25-35%
4 Т.О. 1-2%
Основные направления развития КШ производства.
1 Снижение себестоимости.
2 Повышение коэфф.использования материала. КИМ = Gдет / Gзаг
3 Повышение точности и чистоты поверхности поковок.
4 Повышение производительности труда.
5 Специализация производства.
6 Улучшение методов планирования и организации производства.
7 Улучшение нагрева.
Лекция 2.
Классификация способов и схем резки заготовок сдвигом.
(3) Не полностью открытая резка с поперечным активным режимом.
Этот способ широко применяется на пресс-ножницах при резке сортового проката (круг, квадрат).
| а | б | в | г |
-------------------------|---|---|---|---|
Открытый | 1 | | | |
-------------------------|---|---|---|---|
Не полн. открытый| | 2 | 3 | |
-------------------------|---|---|---|---|
Не полн. закрытый| | 4 | 5 | |
-------------------------|---|---|---|---|
Закрытый | | | | 6 |
-----------------------------------------
а - без прижима.
б - с поперечным пассивным прижимом.
в - с поперечным активным прижимом.
г - с осевым сжатием.
1 подвижный нож.
2 неподвижный нож.
3 прижим (прижимает пруток к прижимному ролику).
4 пруток.
5 прижимной ролик.
6 отрезаемая заготовка.
7 упор.
РИС.2.1
Усилие прижима создается пневматическим или гидравличиским давлением, прижим активный.
Фзаг > Фпрут
При резке возникает крутящий момент, который приводит к появлению углов поворота Ф.
М = Р * а
При резке можно выделить характерные зоны на торце отрезной заготовки.
Вид А.
РИС.2.2
1 - зона смятия заготовки под действием торцевой поверхности верхнего ножа. Её величина зависит от пластичности разрезаемого сплава.
2 - зона утяжки.
3 - зона среза.
4 - зона скола.
Искажение заготовки при резке можно охарактеризовать степенью деформации (смятие)
Е = дД / Д
В зависимости от пластичности материала Е сильнее меняется.
РИС.2.3
Качество отрезаемой заготовки можно характеризовать следующими показателями:
1 Смятие торцев Е = дД / Д
2 Угол скола, т.е. неперпендикулярность торца к оси.
3 Волнистость торца, особенно в зоне скола.
4 Минимальная длина определенной заготовки, характеризуется отношением длины заготовки к диаметру заготовки. Эта величина сильно зависит от схемы резки.
5 Точность размера длины отрезаемой заготовки, т.е. допуски на длину.
(1) Открытая рубка без прижима.
РИС.2.4
Эта схема применяется при единичном производстве, при резке проволоки и прутков небольшого диаметра на длинные заготовки.
(2) Не полностью открытая резка с пассивным поперечным прижимом.
РИС.2.5
R - пассивный прижим в неподвижном втулочном ноже.
(4) Не полностью закрытая резка с поперечным пассивным прижимом (резка в двух втулочных ножах).
РИС.2.6
R1 - пассивный прижим на заготовку
R - пассивный прижим на пруток
(5) Не полностью закрытая резка с активным поперечным прижимом.
РИС.2.7
Схема позволяет уменьшить длину отрезаемой заготовки до Lзаг / Dзаг >= 0,8
Эту схему называют также "резкой с дифференциальным зажимом". Выпускаются пресс-ножницы с реализацией этой схемы. Заметно повышается качество резки: уменьшается угол скола и смятие.
Для получения качественной заготовки необходимо в момент появления скалывающей трещины убрать усилие прижима на заготовку. Это необходимо для отделения отрезаемой заготовки и предотвращения трения скола.
(6) Закрытая резка с осевым сжатием.
РИС.2.8
1 пуансон
2 подвижная втулка нож
3 неподвижная втулка нож
4 прижим
Пруток подается во втулки ножи, прижим зажимает пруток усилием Рприж и удерживает его усилием М. Пуансон усилием N распрессовывает пруток в ножах, устраняя зазоры. После этого нож 2 усилием Ррез отрезает заготовку. Качество очень высокое.
Lзаг / Dзаг >= 0.2
Недостаток схемы:
Сложность реализации и схватывание заготовки с инструментом, т.е. трудность удаления заготовки.
Применяется в экспериментальном варианте для мягких сплавов (Al, Cu).
Лекция 3.
Параметры процессов резки сдвигом.
1. Поперечный зазор (б) при резке с пассивным зажимами.
б - зависит от допусков на диаметр прутка. При большом зазоре наблюдается большое смятие и угол скола.
Этим способом лучше резать калиброванные прутки.
2. Угол (a) исходного наклона прутка.
а - упреждающий угол подачи, позволяет уменьшить угол скола.
Чем больше твердость заготовки, тем больше угол.
НВ = 100 -> a = 9
HB = 200 -> a = 0
3. Осевой зазор (Z) между ножами.
Z = (2-:-4%) * Дзаг
4. Усилие поперечного зажима (схема5)
Qпр = (0,6-:-2,5)Ррез
5. Усилие осевого сжатия (схема 6)
Для распрессовки прутка во втулочных ножах напряжение сжатия.
СИГМАсж = (2-:-5) * СИГМАs
6. Усилие резки
Ррез = СИГМАсреза * Fсреза = 0,72 * К * СИГМАв * Fсреза.
К зависит от схемы резки
К = 1-:-2
7. Подогрев прутка перед резкой
Для прутков большого диаметра или для высоколегированных сталей подогрев ведется до 400-:-600 ^С
8. Скорость резки
Сильно влияет на качество. Обычно на пресс-ножницах скорость резки V = 0.3-:-0.5 м/с.
При увеличении скорости до 3-:-5 м/с качество заметно улучшается.
Дефекты при резке.
1. Блестящий поясок. Дефект возникает при слишком малом осевом зазоре Z.
2. (Скол в виде уступа) Дефект наблюдается при большом осевом зазоре Z. Так же может наблюдаться заусенец (у нагретого пластичного металла)
3. Задиры или прижоги. Характерно для 6-й схемы.
4. Трещины на торце заготовки. Могут появляться спустя несколько часов после резки. Причина - действие остаточных напряжений, возникающих в результате сжатия прутка ножами. Этот дефект характерен для малопластичных сплавов. Устраняется подогревом.
Ломка прутков на хладноломе.
Предварительно на прутке делается надрез, который является концентратором напряжений. Происходит хрупкий излом.
М = РL / 4
СИГМАв = М / W
Р = 4 * СИГМАв * W * Бэтта / L
Бэтта = 0.4-:-0,9 -коэффициент учитывающий концентратор напряжений.
Преимущества:
1 Невысокая энергия и усилие.
2 Возможен контроль металла по излому.
3 Экономично при резке прутков большого сечения.
Недостатки:
1 Невысокая производительность из-за необходимости надреза. Надрез делают пилами или газовыми резаками.
Резка пилами.
Применяют пилы с зубьями и гладкие.
Пилы с зубьями:
Возможна резка в горячем и холодном состоянии. Диаметры дисков от 300 до 800мм.
V = Пи * Дn / 1000 м/с
n - обороты (10-:-20)об/мин.
Sмин = Sz * Z * n
Sz - подача на зуб 0,05-:-0,2мм
Z - число зубьев.
Преимущества:
1 хорошее качество.
2 Точность размеров.
Недостатки:
1 Низкая производительность.
2 Большой отход металла на прорезку.
Электроискровая резка.
РИС.3.1
Происходит импульсный разряд конденсатора.
i = 1000 А/мм^
t = 10000 ^C
Недостаток:
Невысокая производительность и отходы на прорезку.
Анодно-механическая резка.
РИС.3.2
В качестве электролита используют раствор жидкого стекла в воде. Диск делают из Стали 3. Ширина реза 4-5мм, Производительность 2-6 мм/с, зазор поддерживается автоматически.
Высокая точность и хорошее качество, но невысокая производительность.
Оценка способов резки.
1. Точность размеров (длина заготовки).
Пресс-ножницы +- 1-5мм
Хладноломы +- 1-3мм
Пилы холодной резки +-0,5-1,5мм
Анодно-механическая резка до+-0,5мм
2. Производительность
3. Потеря металла при резке.
Lобреза = (0,3-0,5) * Дзаг
Lнекрат.мах = Lзаг
Lнекрат.мин = 0
Lнекрат = Lзаг / 2
При резке заготовок определяется норма расхода металла на 1 заготовку.
G = (Пи * Дзаг^ * ро / 4) * (Lзаг + Lпрор + Lобр + (Lобр + Lнекр) / n)
n - число заготовок которые можно вырезать из прутка.
n = (Lпрут - Lобр - Lнекр) / (Lзаг + Lпрор)
Лекция 4.
Свободная ковка.
Протяжка - предназначена для увеличения длины занотовки за счет уменьшения поперечного сечения.
Выбирается: Ен(ен); Lо - величина подачи в каждом обжатии.
Находится: Вn; Нк; Lк - конечная длина обжатия.
Решение задачи по нахождению конечных размеров зависит отпринятых допущений.
1. Примем, что при деформации участка заготовки в пределах подачи как осадку прямоугольника.
Это возможно если каждая точка заготовки перемещается радиально (радиальная схема течения).
Такая схема близка для случая протяжки без трения.
При свободной ковке наряду с другими показателями деформации применяют коэффициент уковки.
Кн = Но / Нк
Кв = Вк / Во КL = Lк / Lо
Кн = Кв / КL
Tg(a) = Bo / Lo = Bк / Lк
Bo / Bк = Lк / Lo
Kв = КL
KL^ = Kв^ = Kн
Кв = Вк / Во
Вк = Кв * Во
Lк = КL * Lо
Fо и Fк - площади поперечного сечения заготовки в начале и конце протяжки.
КL = Lк / Lo = (V/Fк) / (V/Fo) = Fo / Fк
Fк = Fo / KL
Для радиального течения все решается очень просто.
2. Примем, что при протяжке любая точка деформируемой заготовки перемещается по нормали к контуру (нормальная схема).
Такая схема реализуется при максимальном трении и осадке тонкой заготовки.
При осадке на бесконечно-малую величину dН прямоугольник останется прямоугольником. Реально форма изменится. Принимаем это в виде допущения.
Области 1 отвечают за увеличение ширины заготовки, а области 2 за увеличение длины.
Определим V металла сместившегося в направлении длины заготовки.
dV^h = S2 * dh = -B^ * dh / 2
dV^L = B * h * dL
dV^h = dV^L
B * H * dL = -B^ *dh / 2
dL = -B^ * dh / 2 * B * h = = -B * dh / 2 * h = = -V * dh / 2 * L * h^
B = V / L * h
Lк^ = (V/hк) - (V/ho) + Lo^
Это выражение позволяет рассчитать Lк по исходным размерам.
KL = Lк / Lo
Зная KL легко находится Fк и все размеры.
3. Общий случай.
В реальных условиях наблюдается промежуточная схема течения металла. Это вызвано каким-то реальным коэффициентом трения.
1 При протяжке высоких заготовок контактные слои с инструментом испытывают близкое к максимальному трению и перемещаются ближе к нормальной схеме. Центральные слои испытывают меньше трения и деформируются ближе к радиальной схеме течения.
2 Не деформированные части заготовки отклоняют потоки металла в виде веера.
Для реального случая предусматривается расчет через экспериментальные коэффициенты.
Рассмотрим схему:
РИС.4.1
F1*1 - Объем металла, смещенный при деформации.
F2*1 - Объем металла, оставшийся без деформации.
(F3 + F4)*1 - Объем металла, появившийся в результате увеличения ширины.
f*F1 = F3 + F4
f = (F3 + F4)/F1
f - интенсивность уширения, который показывает какая часть смещенного объема пошла на увеличение ширины.
f*(Ho - Hк)Во = (Вк - Во)Нк (1)
fНоВо - fНкВо = ВкНк - ВоНк
Fк = f*Fo + НкВо(1 - f)
Fк = f*Fo + Fо(1 - f)Нк/Но
Е = 1 - Нк/Но
Fк = Fо[f + (1 - f)(1 - Ен)] = Fо(1 - Ен + fЕн)
Fк = Fо[1 - Ен(1 + f)]
Их (1) имеем:
f = (Вк - Во)/Во : (Но - Нк)/Нк
Переходя к бесконечно малым можно записать:
f = (dB * H)/(B * dH) = Ln(B/Bo)/Ln(H/Ho) = ев/ен
ен = ев + еL
1 = f + q
q - коэффициент интенсивности удлинения заготовки, т.е. показывает какая доля смещенного объема переместилась в направлении длины заготовки.
f и q определяется экспериментально. они зависят от:
1 величины относительной подачи Lo/Bo
2 Степени деформации по высоте (Eн ен Кн)
3 От коэффициента трения.
РИС.4.2
Лекция 5.
Выбор степени деформации при протяжке.
При выборе степени деформации могут быть 2 ограничения:
1 допустимая пластичность сплава определяется исходя из его физических и механических свойств.
2 из условия коэффициента перехода Ф = Вк/Мк <= 2.5 для каждого прохода.
Эта проверка необходима в каждом проходе.
Нк = Вк / Ф
Е = (Но - Нк) / Но = 1 - Нк / Но =
= 1 - Вк / Ф * Но
Рассмотрим два крайних случая:
1. Предположим, что при протяжке металл течет только в ширину Lo = Lк
Lo * Bo * Ho = Lк * Bк * Hк
Вк = Во * Но / Нк
Е = 1 - (Во / Ф * Но)^0.5
2. Предположим, что металл течет только в длину. Во = Вк
Lo * Bo * Ho = Lк * Bк * Hк Е = 1 - Во / Ф * Но
Если принять степень деформации в зоне безопасных обжатий, то коэффициент перехода Ф всегла < 2,5.
В зоне недопустимых обжатий коэффициент Ф всегда > 2,5.
Поэтому выбор Е должен осуществляться в пределах рабочей зоны, хотя это не гарантирует Ф < 2,5. Нужна проверка.
Методика рассчетов размеров заготовки при протяжке.
Задача ставится следующим образом: рассчитать размеры заготовки в каждом проходе и число проходов для протяжки заготовки с исходными размерами Но х Во и длиной Lo для получения заготовки Нк х Вк.
Порядок расчетов:
1. Задается степень деформации по высоте Еон и подача lo = (1-1,8)Во.
2. Рассчитывается конечную площадь сечения после 1-го прохода.
Fк = Fо * (1 - Е * (1 - f))
f - интенсивность уширения выбирается из эксперементальных данных либо имперических формул.
3. Определяется конечнуя висота Хк = Хо * (1 - Е)
4. Определяется конечнуя ширина
Бк = Фк / Хк
5. Проверка по коеффициенту перехода
Ф = Бк / Хк <= 2,5
Если Ф > 2,5 то расчет повторяется с уменшением значенига Е.
6. Определяется обшая длина зуготовки после прохода
Лк = Фо * Ло/Фк
Етот расчет повторяется для каждого прохода.
Осадка.
Чтобы обеспечить устойчивость при осадке необходимо, чтобы Но / До <= 2.5
Различаю три стадии осадки:
1. Но / До = 1,4-2
При осадке образуется двойная бочка. Деформации по сечению не неодинаковы. Можно выделить несколько зон:
1 - зона затруднееной деформации.
2 - зона интенсивных деформаций.
3 - зона с растягивающими напряжениями.
4 - зона равномерных деформаций.
2. Но / До = 0.5-1
Образуется классическая бочка.
3. Но / До < 0,2
Неравномерность деформации оценивается путем сравнения местных и средних деформаций.
Неравномерность деформации численно оценивается сравнением Емест. и Еср.
Емест.мах - Еср. - Верхний предел неравномерности.
Еср. - Емест.мах - Нижний предел неравномерности.
Причины неравномерности деформаций:
1 контактные трения.
2 соотношение размеров заготовки Н/Д.
3 неравномерность температурного поля заготовки.
4 форма плит для осадки.
Неравномерность деформации приводит к образованию бочки, на которое расходуется часть объема заготовки.
Vзаг = Пи * До^ * Но / 4
Vцил = Пи * Дм^ * Нк / 4
Vб = Vзаг - Vцил
Если после осадки невозможно устранить бочку путем обкатки заготовки, то при расчетах необходимо учитывать Vб.
Это делается с помощью коэффициента бочкообразования k = Vб / Vзаг. Этот коэффициент определяют экспериментально.
В первом приближении:
Vзаг = Vцил + k * Vзаг
Vзаг = Vцил / (1 - k)
Лекция 6.
Расчет усилий при осадке.
Используют инженерный метод. Его разновидность - это суммирование элементарных работ.
РИС.6.1
Примем, что бочка не образуется. Выделим кольцо безконечно-малой толщины dро с внутренним радиусом ро.
После деформации кольцо увеличило диаметр и сместилось на безконечно-малую величину бро. Работа тратится на деформацию и преодаление сил трения.
dАобщ = dAдеф + dAтр
dAобщ = -Руд * F * dН
F = Пи * Д^ / 4
Элементарная сила трения на торце выделенного кольца записывается так:
dT = тау * 2ПиРо * dРо
Элементарная работа на одном торце кольца:
dАтр` = тау * 2ПиРо * dРо * бРо
Чтобы избежать двойного интегрирования из равентсва объемов запишем:
ПиРо^ * Но = Пи(Ро + dРо)^ * Hк
(Ро + dРо)^ = Ро^ * Но / Нк
Ро + dРо = Ро(Но / Нк)^0,5 = Ро * Кн^0.5
Кн - коэффициент уковки по высоте
dРо = Ро * Кн^0,5 - Ро = Ро * с
Аналогично можно записать:
dR = R * c
dАтр` = тау * 2ПиРо^ * с * бРо
С учетом двух торцев кольца, работа dAтр по всей поверхности будет:
dАтр = (4/3) * тау * Пи * с * R^3
Восстановим "с":
dАтр = (4/3) * тау * F * dR
Воспользуемся условием помтоянства V
V = Пи * R^ * Н = const
Пи * 2R * dR * Н = Пи * R^ * dH
dR = - R * dH / 2H
Подставим значение dR в уравнение:
dAтр = -тау/3 * F*Д*dH/H
Меняя знаки, запишем общее выражение
Руд = СИГМАs + тау*Д/3Н
1) примем значение касательных напряжений в виде:
тау = М * Руд
Руд = СИГМАs / (1 - М*Д/3Н)
Если М = 0,5; Д/Н = 6, то в этом случае Руд стремится к бесконечности. Это говорит о том, что при осадке низких дисков полученная формуда не корректна; она дает завышенные результаты.
2) тау = М * СИГМАs
Руд = СИГМАs * (1 + М*Д/3Н)
Росадки = Руд * F * Пси * Ф * W
Ф - скоростной коэффициент, учитывает сумирование предела текучести с изменением степени деформации.
W - температурный коэффициент, учитывающий влияние изменения температуры.
Пси - масштабный коэффициент, наиболее заметен при деформации крупных заготовок.
При осадке слитка 6тонн Пси = 0,7; 100тонн Пси = 0,5
Если значение СИГМАs принимаем для данных температурно-скоростных условий, то коэффициентами можно не пользоваться.
Осадка на вогнутых плитах.
За счет дополнительных горизонтальных напряжений (Nгор) увеличиваются зоны затруднительной деформации; увеличивается бочка, что приводит к опасности появления трещин на наружней поверхности. Более интенсивная деформация в зоне 2 способствует заварке дефектов.
Применяется:
1 для повышения устойчивости заготовки при осадке.
2 перед протяжкой с малыми подачами (L/Д < 0,5)
Осадка на выпуклых плитах.
Достигается более равномерная деформация. Применяется перед протяжкой с большими подачами (L/Д > 1)
Осадка на кольцах.
Рассматривают две стадии течения металла:
1. При осадке высоких заготовок граница раздела потоков находится в близи отверстия и характеризуется размерами h и Дполости.
2. При небольшой высоте заготовки граница раздела характеризуется поверхностью с размером Дх.
Лекция 7.
Влияние ковки и штамповки на механические свойства, макро и микроструктуру.
Степень деформации:
Е = (Но - Нк) / Но
L = Ln(Но / Нк)
К = Но / Нк
Кн = Кв * КL
Скорость деформации V м/с - скорость перемещения подвижной части оборудования.
Гидравлического пресса 1-30 мм/с
Кривошипного пресса 0,1-0,5 м/с
Парового молота 5-7 м/с
Высокоскоростного молота 20-100 м/с
Скорость деформации -
Е` = dE / dt текущая
Е`ср = E / t средняя - скорость изменения степени деформации.
е` = de / dt
de = dH / H
e` = V / H
Виды деформации:
Горячая деформация - процессы при которых происходит полная рекристаллизация.
Холодная деформация - процессы прикоторых рекристаллизации нет.
При горячей штамповке наблюдаются горячие и неполностью горячие деформации. Неполностью горячие деформации нежелательны, т.к. возникают остаточные напряжения.
Упрочнение независит от температуры, а рекристаллизация увеличивается с увеличением температуры. Необходимо учитывать соотношение скорости деформации и скорости рекристаллизации, от этого зависит вид деформации.
Влияние ковки на макроструктуру.
При ковке зерна вытягиваются в направлении наибольшей деформации удлиннения. Оразуется волокнистая структура из-за вытянутых примисей.
При ковке слитков для раздрабления литой структуры обычно назначают диформацию К=(8-10). Проработка структуры по сечению сильно зависит от полощади контакта инструмента с заготовкой.
Глубина проработки структуры по сечению зависит от площади контакта с инструментом. Чем меньше площадь контакта, тем лчше прорабатывается поверхностный слой, чем больше - центр.
Билитирование - это протяжка слитка с маленькими деформациями, повышает пластичность поверхностных слоев, т.к. маленькая площадь контакта заготовки с инструментом.
Влияние ковки на микроструктуру.
Чтобы получить мелкозернистую стурктуру нужно обеспечить полную предварительную рекристализацию и не допустить собирательную рекристализацию. В штамповых поковках наблюдается:
1 Микроразнозернистость - это разная величина соседних зерен. Она возникает при различных степенях деформации различно ориентированных зерен при небольшой средней деформации.
2 Макроразнозернистость - это крупное зерно в центре массивной паковки. Это значит, что произошла собирательная рекрестализация, т.к. температура в центре была высокой. Или крупное зерно на поверхности поковки - это результат малой деформации, охлаждение поверхностных слоев при небольшой средней деформации.
Выбор способа изготовления поковки с учетом ее формы и условий работы.
1 Болт - механическая обработка.
2 Коленчатый вал - механическая обработка, необходима гибка.
Лекция 8.
Термомеханический режим ковки и штамповки.
В понятие режима входит:
1 Температура начала и конца деформации.
2 Допускаемая степень деформации: а) дефомация за один удар или одно обжатие.
б) дефомация за последний удар.
3 Благоприятная степень деформации Е', и тип обжатия.
4 Скорость нагрева и охлаждения 5 Оптимальная схема напряженно деформированного состояния.
Оптимальный термомеханияеский режим должен обеспечивать:
1 Достаточную пластичность металла в течение всего процесса.
2 Минимальное усилие процесса.
3 Отсутствие остаточных напряжений.
4 Мелкое зерно в паковке.
В общем случае твердые тела могут быть:
1 Упругими
2 Пластичными
3 Вязкими
4 Хрупкими
СИГМА = К * Е^n * (Е`)^m
упругие: СИГМА = К*Е (закон Гука)
вязко-пластичные: СИГМА = К * Е^n * (Е`)^m
идеально пластичные: СИГМА = К * Е^n (холодная деформация)
идеально вязкие: СИГМА = К * (Е`)^m (горячая деформация)
Виды деф. |Тдеф/Тпл| m | n |
-------------|--------|--------|-------|
Х.Д. | <0.3 | <=0.05 | >0.4 |
-------------|--------|--------|-------|
Не полн. Х.Д.|0.3-0.5 |0.05-0.1|0.3-0.4|
-------------|--------|--------|-------|
Не полн. Г.Д.|0.5-0.7 |0.1-0.2 |0.2-0.3|
-------------|--------|--------|-------|
Г.Д. |0.7-0.9 | >0.2 | <0.2 |
----------------------------------------
Температурный интервал ковки и штамповки
Интервал состоит из температуры начала деформации и температуры конца деформации.
Для его выбора необходимо иметь следующие данные:
1 Диаграмма состояния сплава.
2 Диаграмма пластичности.
3 Диаграмма рекресталлизационной обработки.
4 Крикическая температура роста зерна.
Имея эти данныене можно грамотно составить термомеханический режим.
При выборе температурного режима необходимо предусмотреть достаточную пластичность (по диаграмме пластичности), отсутствие крупного зерна.
Температура начала деформации должна обеспечить:
1 Отсутствие пережога т.е. оплавления границ зерен, что являеися окончательным браком.
Температура начала деформации = температура солидуса - (100-150)С
2 Отсутствие перегрева, т.е. не допустить рост зерна за счет температуры критической и за счет рекресталлизации от длительного прибывания заготовки при высокой температуре.
Температура конца деформации должна обеспечить:
1 Мелкое зерно после окончания деформации.
РИС.8.1
АВ - интервал наибольшей пластичности материала.
СD - допустимый интервал, который задается из справочника или с учетом всех исходных данных.
EF - рациональный интервал, который зависит от конкретных условий процесса (масса поковки, температура штамповки, время, количество ударов, требования к величине зерна).
При штамповке сплавов с фазовыми превращениями крупное зерно можно размельчить путем последующего термической обработки, по этому требования к величине зерна поковки несущественные. А при штамповке однофазных сплавов мелкое зерно в поковке обязательно, т.е. его нельзя размельчить последующей термической обработки.
РИС.8.2
C-D-E - рост зерна при нагреве;
EF - размельчение зерна за счет деформации или за одно обжатие (за 1 удар);
f - если закончить деформацию в точке f, то в процессе охлаждения зерно продолжает расти и его величина а1>a;
fg и f1g1 - паузы между ударами;
gf1 и g1f2 - деформация в процессе следующих ударов. В результате а2<a.
При одноударном процессе (быстром) целесообразно вести нагрев до точки е1, тогда получим мелкое зерно. В зависимости от требований тех-процесса. Рациональный интервал выбирается внутри допустимого.
Выбор скорости деформации.
Необходимо учитывать диаграммы пластичности для данной скорости деформации. Для большинства сплавов с увеличением скорости деформации наблюдается упрочнение материала при горячей деформации.
Выбор степени деформации.
При горячей деформации Е обычно мало влияет на СИГМАв. По этому в расчетах усилия учитывают изменение СИГМАв примерно до 30%. Допустимую степень деформации за последний удар определяют с учетом критической степени деформации (8-15)%. Принимают Е либо > либо < (8-15)%
Лекция 9.
Неравномерность деформаций при операции свободной ковки.
Неравномерность деформаций отрицательно влияет на схему напряженнодеформированного состояния в определенных зонах заготовки. Появляются дополнительные напряжения, которые приводят к образованию трещин, надрывов, несплошности металла и других дефектов. Появление дефектов зависит от конкретной схемы напряженнодеформированного состояния в данной зоне. Наиболее неблагоприятными являются схемы, когда напряжения растяжения совпадают с диформациями удлиннения.
Дефекты принципиально могут появлятся в двух случаях:
1 Местная деформация значительно превышает среднюю. В результате исчерпания пластичности и появления дефектов.
При интенсивной протяжке квадрат в квадрат в диоганили образуется волокнистость, а для малопластичных сплавов возможна трещина.
По диоганалям квадрата постоянно действует большая сдвигающая диформация, которая создает большие местные деформации, как следствие волокнистость и возможные дефекты. В этом направлении местная деформация заметно превышает среднюю.
2 Вознекновение дополнительных напряжений и их воздействие в очаге деформации:
А) Протяжка с малыми подачами. Очаг деформации взаимодействует с недеформированными частями создавая дополнительные напряжения. Направления дополнительных напряжений стремиться выровнять очаг деформации. Протяжка с малыми подачами не рекомендуется, особенно для малопластичных сплавов.
Б) Протяжка с большими подачами. Это более благоприятная схема. При протяжке прутка в пруток такой очаг деформации приводит к вознекновению растягивающих напряжений. Область центра заготовки постоянно находится под действием растягивающих напряжений, по этому в центре образуется рыхлость или трещина, особенно в малопластичных сплавах. Схема ковки круг в круг под плоскими бойками не рекомендуется.
Способы уменьшения неравномерности деформаций.
1 Для ковки круглых заготовок применяют вырезные бойки. Резко возростает площадь контакта с инструментом. Дополнительное напряжение - сжимающее, дефектов не образуется. Более интенсивная вытяжка, возможно большие деформации. Ограаничение - по диаметру.
2 Уменьшение контактного трения. В любом случае уменьшается неравномерность деформации.
3 Проработка зон затрудненной деформации при осадке. Применяют осадку спаренных колец. Также применяют осадку на рефленых, а затем плоских плитах.
Другие операции свободной ковки.
Прошивка заготовок.
Обычно выполняется за два приема. Получается сквозное отверстие. Чтобы не было значительного зажатия заготовки при прошивке необходимо чтобы D/d>3.
При ковке крупных поковок и слитков иногда применяют прошивку полым прошивнем для удаления некачественной середины слитка.
Протяжка на оправке.
Применяется для получения труб. При каждом обжатии заготовка удлинняется, упирается левым концем в бурт оравки и сползает по конусу оправки.
Раскадка на оправке.
Применяется для получения тонкостенных колец.
В технологических расчетах необходимо определить размеры исходного кольца по известным конечным.
Этот процесс похож на протяжку заготовки бесконечной длинны.
1 принимпем f = 0,15
2 назначаем степень деформации по толщине стенки
Ен = (Но - Нк)/Но
Для получения качественной поковки Е = (0,5-0,7)
3 определяется исходная толщина заготовки
Но = Нк/(1-Е)
4 Fк = fо[1-Е(1-f)] -> Fо = Fк/[1-Е(1-f)]
5 bо = Fo/Ho
6 из равенства объемов:
Пи*Дср.о*Fо = Пи*Дср.к*Fк
Дср.о = Дср.к*Fк/Fo
До = Дср.о + Но
dо = Дср.о - Но
Лекция 10.
Разработка технологического процесса свободной ковки.
1 Выбор варианта и способа ковки. Решается вопрос ковки на молоте или гидравлическом прессе. Более крупные поковки (больше 0,5 тонны) - на гидравлических прессах. Усилие оборудования выбирается по наиболее энергоемкой операции, чаще всего это осадка.
2 Разработка чертежа поковки. По ГОСТу назначаются припуски на механическую обработку и допуски на изготовление. Определяется возможность изготовления отдельных элементов детали.
РИС.10.1
3 Схема последовательности операции ковки детали. 4 Расчет веса заготовки с учетом отходов по всем операциям.
5 Выбор размеров заготовки с учетом коэффициента уковки. При ковке из слитков К>5, при ковке из проката К=1,5
6 Точная последовательность всех операций.
7 Энергитический режим.
8 Расчет усилий и выбор оборудования по усилию.
Лекция 11.
Горячая объемная штамповка.
Классификация основных видов горячей штамповки.
В зависимости от конструкции штампа различают два основных вида объемной штамповки:
1. Штамповка в открытых штампах.
РИС.11.1
1 верхняя половина штампа.
2 нижняя половина штампа.
3 гравюра штампа (полость)
4 облойная канавка
а) мостик,
б) магазин.
Полость штампа не замкнута в течение всего процесса за счет заусенечной конавки расположенной в плоскости разъема. В процессе штамповки метал течет одновременно в полость штампа и в заусенечную конавку. После заполнения полости только в заусенечную конавку.
Основные признаки открытого штампа:
1 В технологических расчетах объема заготовки предусматривается дополнительный объем, который будет вытекать в заусенечную конавку.
2 Направление вытеснения металла в заусенец перпендикулярно движению штампа.
3 Толщина мостика уменьшается в процессе штамповки.
4 Технологическим процессом предусматривается операция обрезки заусенца, который идет в отход.
Преимущества:
1 Простота конструкции, надежность работы.
2 Из заготовок низкой весовой точности получаются поковки более высокой весовой точности.
Недостатки:
1 Большой отход металла в заусенец (10-30)%
2. Штамповка в закрытых штампах.
РИС.11.2
1 пуансон (верхняя половина штампа).
2 нижняя половина штампа.
3 выталкиватель.
Полость штампа замкнута от начала до конца процесса.
Основные признаки закрытого штампа:
1 В технологических расчетах объема заготовки не предусматривается объем заусенца.
2 Управление обрезания не предусматривает заусенца, совпадает с направлением движения штампа.
Преимущества:
1 Небольшой отход металла, высокий КИМ.
Недостатки:
1 Необходим достаточно точный объем заготовки. В случае колебания объема ухудшается точность размеров, возникают высокие давления, что приводит к интенсивному износу инструмента и перегрузки оборудования.
Кроме этих двух можно выделить промежуточные виды, которые устраняют недостатки основных:
1 Закрытые штампы с компенсационными полостями.
РИС.11.3
2 Штампы с двумя поверхностями разъема.
РИС.11.4
3 Штамповка выравниванием. Может быть в варианте открытой и закрытой штамповки. Предусматривается, что большая часть объема поковки заполняется за счет выдавливания металла.
РИС.11.5
Преимущества:
1 Высокая точность размеров паковки.
2 Высокая чистота поверхности.
Недостатки:
1 Высокое удельное давление.
2 Интенсивный износ штампа.
РИС.11.6
Разработка чертежа поковки.
Детали, получаемые в штампах называются штампованной паковкой.
1 Упращение конфигурации за счет назначения напусков. В зависимости от способа штамповки отдельные элементы детали невозможно выполнить. Их не делают упрощая конструкцию.
2 Назначение припусков. Назначаются по ГОСТам на обработку поверхностей.
3 Допуски на размеры.
4 Выбор линии разъема штампа.
Линия разъема должна обеспечивать:
1 Свободное извлечение паковки из штампа.
2 Минимальный объем заусенца.
3 Качественное заполнение всех элементов штампа.
4 Качественная обрезка заусенцев.
Лекция 12.
Линия разъема должна выбираться т.о., чтобы заполнение штампа происходило осадкой, а не выдавливанием.
Положение линии разъема должно способствовать контролю смещения штампов.
Для устранения перерезывания волокон и связанному с этим уменьшению механических свойств паковки, лучше смещать линию разъема к торцу паковки.
Оформление углублений и отверстий в направлении движения штампов.
Наружние и внутренние размеры назначаются независимо друг от друга.
S = 0,6 + 0,45(dосн - 0,25h +5)^0.5
Внутренние линия разъема может не совподать с линией наружнего разъема.
Рекомендуется:
hв<=dосн
hн<=0,8dосн
dосн.мин = 24 + 0,0625Дпок
dосн.мин = 30
Внутренний уклон делается всегда больше наружнего.
Уклоны выбираются из стандартного ряда 0,5;1;3;5;7;10.
Если отклонение h/d<0,4, то применяют перемычки.
Радиусы закруглений.
Различают наружние и внутренние радиусы закруглений.
Радиус наружний определяется по ГОСТу и составляет 2-4мм.
Радиус внутренний обычно в 3-4 раза больше наружнего. Может расчитываться по формуле:
rвн=3+(2+h/b)*0,01Dпак
Типы ручьев штампа.
Различают штамповочные ручьи и заготовительные.
Штамповые ручьи делятся на:
1 Чистовые.
2 Черновые.
Чистовые выполняются по чертежу готовой паковки (в готовой паковке все размеры увеличиваются на коэффициент линейного расширения для температуры штамповки).
Черновые ручьи применяются для сложных паковок. Их конфигурация выполняется по определенным правилам. Необходимы для лучшего заполнения основного ручья и является постепенным приближением к форме окончательного ручья.
Правила для чернового ручья:
1 Больше радиуса закруглений.
2 Штамповочные уклоны обычно одинаковы, для глубоких полостей могут быть увеличены на 1-2 градуса.
3 Горизонтальные размеры в плоскости разъема штампов одинаковы.
4 Плоскости разъема совпадают.
5 Черновой ручей не имеет классических заусенечных конавок, т.е. нет магазинов.
6 Объем чернового ручья должен вмещать объем заготовки.
Vчерн = Vпок + Vзаус
Заготовительные ручьи - очень много типов, применяются для предварительного профелирования заготовки.
Лекция 13.
Стадии заполнения открытого штампа.
1. Свободная осадка заготовки. Образуется бочка, стадия заканчивается касанием металла стенок штампа.
2. Осадка заготовки с одновременным давлением со стороны стенок штампа. Стадия заканчивается образованием заусенца.
3. Одновременное течение металла в полость штампа и заусенца. Стадия заканчивается окончательным заполнением штампа.
4. Стадия доштамповки. Характеризуется вытемнением избыточного металла из полости штампа полсе его заполнения.
1 Факторы преводящие к колебанию объема заготовки.
Объем зависит от:
1) Допуски на длинну и уклоны.
2) От способов резки.
3) От состояния оборудования.
2 Факторы приводящие к отклонению веса заготовки:
1) Точность изготовления штампа.
2) Температура нагрева штампа.
3) Износ штампа.
3 Факторы приводящие к неравномерному обрезанию заусенца:
1) Уклоны заготовки не по центру гравюры.
2) Перекос заркала штампов.
3) Неравномерность смазки.
Избавиться от избыточного объема очень сложно. Практически он всегда есть и следовательно есть стадия доштамповки.
Закономерности заполнения открытого штампа.
Рассмотрим характер изменения радиуса раздела потоков металла при заполнении открытого штампа.
РИС.13.1
Пусть в какой-то момент радиус раздела потока металла равен Ро и остается постоянным при смыкании штампов на бесконечно-малую величину дhi.
Vпол.i = Пи*Роi^*дhi - в полость штампа.
Vзаус.i = Пи(Rпок^ - Роi^)*дhi - в заусенец.
Площадь расположенная под кривой Ро=f(hi) в пределах третьей стадии характеризует объем металла, выдавленный в полость штампа на третьей стадии. Величина этого объема равна объему фигуры, полученной от вращения этой плоскости вокруг вертикальной оси.
Способы уменьшения объема заусенца.
1 Для уменьшения объема заусенца желательно учесть все факторы приводящие к его вознекновению.
2 Для уменьшения объема заусенца можно повысить сопротивление заусенечной конавки. Однако в этом случае заметно увелчиться усилие действующее на штамповку.
3 Для уменьшения объема заусенца можно увеличить продолжительность первой и второй стадии. Направленно перенести линию разъема на торец.
Принципиально обеспечить заполнение сложного штампа можно двумя путями:
1 Повысить сопротивление заусенечной канавки.
2 Увеличить объем заготовки.
Лекция 14.
Назначение и типы заусенечатых канавок открытых штампов.
Заусенечатые канавки выполняют две функции:
1 Создать давление в полости штампа на 3-ей стадии (мостик выполняет эту функцию).
2 Разместить избыток металла и технологически необходимый объем заусенца (магазин).
По конструкции мостика применяют 3-и типа каналов:
1 параллельный.
2 сужающийся.
3 расширяющийся.
Форма магазина может располагаться в верхней части штампа, в нижней или комбинированно, независимо от конструкции мостика.
Канавки с параллельным и сужающимся мостиком неудачно выполняют свои функции, т.к.:
1 На 3-ей стадии, когда необходимо создать максимальное давление в штампе hз - большое, следовательно давление невысоко.
2 На 4-ой стадии, когда избыток металла вытекает в заусенец, давление должно быль минимальным, а фактически в этот момент hз - мало, следовательно давление наибольшее.
Распределение напряжений на мостике заусенчатой канавки.
Для решения задачи воспользуемся методом совместного решения уравнения равновесия и условия пластичности.
1 Металл течет радиально в секторе с углом Альфа.
2 Нормальные и радиальные напряжения (СИГМАn и СИГМАро) - главные.
3 Силы трения не влияют на распределение нормальных напряжений по толщине мостика и не меняют направление действия главных напряжений.
На расстоянии Ро от центра выделим безконечно-малый элемент толщиной dРо, расставим действующие на него напряжения и составим уравнение равновесия сил на горизонтальную ось.
(СИГМАро + dСИГМАро)ро*hро = СИГМАро(ро + dро)(hро - dhро) - 2СИГМАn(ро + dро/2)dро * sin(а/2)/cos(а/2) - 2тау(ро + dро/2)dро + СИГМАQ(hро - dhро/2)dро * Ф = 0
Расскрываем скобки, пренебрегая бесконечно-малыми второго порядка.
dСИГМАро*ро*hро + СИГМАро*ро*dhро - 2СИГМАn*ро*dро*tg(f/2) - 2тау*ро*dро = 0
{ dСИГМАро*hро + СИГМАро*dhро - СИГМАn*dhро - М*СИГМАs*dhро/tg(a/2) = 0
{ СИГМАn - СИГМАро = СИГМАs
dСИГМАро*hро - СИГМАs*dhро - М*СИГМАs*dhро/tg(a/2) = 0
dСИГМАро = СИГМАs(1 + М/tg(a/2))*dhро/hро
СИГМАро = -СИГМАs(1 + М/tg(a/2))*Ln(hро) + с
при hро = hк; СИГМАро = 0
с = -СИГМАs(1 + М/tg(a/2))*Ln(hк)
СИГМАро = СИГМАs(1 + М/tg(a/2))*Ln(hро/hк)
2tg(a/2) ~ tg(a)
СИГМАро = СИГМАs(1 + 2М/tg(a))*Ln(hро/hк)
Из условия пластичности:
СИГМАn = СИГМАs[(1 + 2М/tg(a))*Ln(hро/hк) + 1]
СИГМАn.min = СИГМАs
(hро = hн)
СИГМАn.max = СИГМАs[(1 + 2М/tg(a))*Ln(hн/hк) + 1]
(hро = hн)
Аналогичный вывод для расширяющегося мостика дает следующее уравнение:
СИГМАn.max = СИГМАs[(1 - 2М/tg(a))*Ln(hн/hк) + 1]
Для параллельного мостика:
СИГМАn.max = СИГМАs(1 + 2М*bj/hв)
Полученные варажения для расчета СИГМАn могут быть применены для длинноосных поковок.
Для осесеметричных поковок металл находящийся в магазине создает дополнительное давление на выходе из мостика. Это давление ~ 0,5*СИГМАs.
Среднее напряжение на мостике
СИГМАn.ср = (СИГМАn.мах + СИГМАn.min)/2
Для параллельного мостика длинноосной поковки:
СИГМАn.ср.м = СИГМАs(1 + М*bj/hj)
По аналогии СИГМАср рассчитывается для любого мостика любой поковки.
Для параллельного мостика осесеметричной поковки:
СИГМАn.ср.м = СИГМАs(1,5 + М*bj/hj)
Усилие деформации металла на мостике:
Рмах = СИГМАn.ср.м * Fмост.
Лекция 15.
Распределение напряжений в полости штампа.
Рассмотрим течение металла на стадии доштамповки, когда штамп полностью заполнен. В этом случае деформации подвергается тонкий слой металла расположенный в плоскости разъема. Форму очага деформации можно принять в виде ромба.
Воспользуемся полученным ранее уравнением описывающим течение металла в сужающийся мостик.
СИГМАn.max = СИГМАs[(1 + 2М/tg(a)Ln(ho/hj) + 1]
Из экспериментов отношение ho/hj = 3.5; тогда ho = 3.5hj
tg(a) = 2(ho - hj)/Дпок = 5hj/Дпок
M = 0.5
СИГМАn.max = СИГМАs[2.25 + 0.25Дпок/hj]
Рассчитаем среднее напряжение в полости штампа СИГМАср.щели.
СИГМАср.щели = (СИГМАn.max + СИГМАs)/2 = [СИГМАs(2.25 + 0.25Дпок/hj) + СИГМАs]/2 = СИГМАs(1.6 + 0.12Дпок/hj)
Это среднее напряжение в полости штампа на сиадии доштамповки при условии свободного вытекания металла в щель толщиной hj, т.е. без давления со стороны мостика.
Составляющая усилия от этого напряжения будет:
Рщели = СИГМАср.щели * Fпок
Изходя из схемы распределения напряжений, общее усилие штамповки (Робщ) будет складываться из трех составляющих.
Робщ = СИГМАср.мост * Fмост + СИГМАn.max.мост * Fпок + СИГМАср.щели * Fпок.
Лекция 16.
Предельные значения размеров мостика заусенчатой конавки.
1. Параллельный мостик.
bз/hз = (5-6) - наиболее распространено
bз/hз = (10-12) - максимальное
Большее значение приводит к слишком большим напряжениям и интенсивному износу мостика.
СИГМАn.max = СИГМАs(1 + 2M*bз/hз) = 11СИГМАs
2. Сужающийся мостик.
Сужающиеся мостики создают большие давления в области штампа.
hн/hк = 2 максимальное значение
tg(a)пред.max = (hн - hк)/bз = (hн - hн/2)/bз = hн/2bз
М = 0.5
СИГМАn.max = СИГМАs[(1 + 2M/tg(a)) * Ln(hн/hк) + 1] = 15*СИГМАs
СИГМАn.max = (10-15)СИГМАs
Отношения bз/hз больше предельных принимать нельзя, т.к. создаются рабочие напряжения на входной кромке мостика, превышающие допустимые для штамповой стали.
3. Расширяющиеся мостики.
альфа - уггол мостика
бэтта - угол свободно выступающего металла.
Угол бэтта зависит от радиуса поковки и от радиуса раздела потоков металла.
Примем, что штампы сомкнулись на бесконечно-малую величину dh; альфа=бэтта.
Рассмотрим объем металла, выдавленный из полости штампа через произвольную поверхность радиуса Ро
V1 - объем металла, выдавленный из полости штампа через поверхность Ро
V2 - объем металла в виде кольца толщиной dРо, образовавшийся в результате вытесненного объема V1, т.е. V1 = V2.
V1 = Пи(Ро^ - Rраз^)dh
V2 = Пи[(Ро+dРо)^ - Ро^)*(h-dh+h)/2 =
= Пи[(Ро+dРо)^ - Ро^)*(h - dh/2)] = = Пи * 2*Ро*dРо*h
(Ро^ - Rраз^)dh = 2*Ро*dРо*h
dh/h = (2Ро*dРо)/(Ро^ - Rраз^) =
= (2Ро*dРо)/(Rраз^ - Ро^)
Ln(h) = Ln(Rраз^ - Ро^) + С
Г.У. при Ро = Rn, h = hн
С = Ln(hн) - Ln(Rраз^ - Rпок^)
Ln(h) - Ln(hн) = Ln(Rраз^ - Ро^) -
- Ln(Rраз^ - Rпок^)
h/hн = (Rраз^ - Ро^)/(Rраз^ - Rпок^) = (Ро^ - Rраз^)/(Rn^ - Rраз^)
hi = hн(Роi^ - Rраз^)/(Rпок^ - Rраз^)
уравнение описывающее профиль расширяющегося мостика.
Если Rраз = Rn, то hi стремится к бесконечности, т.е. альфа стремится к 180град.
Если Rраз = 0, то hi = hн*Роi^/Rn^ для стадии доштамповки. Это выражение определяет минимальный угол альфа.
Угол вытекающего металла (бетта = альфа) изменяется в очень широких пределах: от 180 до 5-10град. и очень чувствителен к изменению радиуса раздела потоков металла Rраз.
Полученное уравнение для hi характеризует криволинейность поверхности расширяющегося мостика. Для упрощения изготовления криволинейную поверхность заменим на прямолинейную с предельным углом альфа.
tg(a.пред) = (hк - hн)/bз
Г.У. (1) hк = (hн*Rк^)/Rn^ Rк = Rn + bз
hк = hн(Rn +bз)^/Rn^
tg(a.пред) = [hн(Rк^/Rn^)-hн]/bз = hн(Rк^ - Rn^)/bз*Rn^ = hн(2Rn+bз)/Rn^
tg(a.пред) = 2hн/Rn * (1 + bз/2Rn) для осесеметричных поковок.
Аналогично выводится для длинноосной поковки:
hi = hн(1 + 2bн/В)
bi ~ 0-bз
tg(a.пред) = 2hн/В для длинноосной поковки.
Особенности работы расширяющегося мостика с предельным углом.
Стадия доштамповки ~ 1-4мм. Если для hн = hрасч. (hрасч = hн.в.конце.пр-са + дhдошт)
Если рассчитать предельный угол и изготовить такой мостик, и он будет работать следующим образом:
1 На 3-ей стадии, когда hн > hрасч, угол вытекающего металла бэтта > альфа.пред; металл деформируется на мостике и создает давление в полости штампа.
2 В случае hн <= hрасч, угол бэтта < альфа.пред; металл не деформируется на мостике, что обеспечивает свободу вытекания металла на стадии доштамповки (т.е. меньше усилия - положительная сторона)
3 Если к моменту hн = hрасч штамп еще не заполнен, то за счет Rразд > 0; бэтта > альфа как в первом случае. Продолжает создаваться давление в штампе.
Расширяющийся мостик с предельным углом обладает элементом саморегуляции подпора. На 3-ей стадии создает давление, а на 4-й стадии автоматически разгружает штамп, обеспечивая свободное вытекание избыточного металла.
Лекция 17.
Количественная оценка степени сложности формы поковки.
Сложность поковки влияет практически на все технологические факторы процесса (размеры мостика и облойной канавки, объем облоя, размеры заготовки, стойкость штампа и т.д.)
1-й способ. Способ Ребельского и Брюханова. Предлагается 3-и группы сложности:
1) Гравюра штампа заполняется за счет осаживания заготовки.
2) Заполнение происходит осаживанием с отдельными элементами выдавливания.
3) Заполнение происходит преимущественно выдавливанием.
Преимущества:
1 простота способа.
Недостатки:
1 нет четкого количественного критерия сложности.
2 субъективный выбор группы сложности.
3 не учитываются размеры и конфигурация заготовки.
4 не учитывается применение заготовительных ручьев.
2-й способ. По ГОСТу на поковки. ГОСТ 7505-89.
Предполагается 4 группы сложности в зависимости от величины
С = Gпок/Gфиг = Vпок/Vфиг
В качестве фигур, в которые можно вписать поковку применяют:
- шар
- параллепипид
- цилиндр
- прямая правильная призма
Подбираются те фигуры которые ближе.
С1 = 0,63-1
С2 = 0,32-0,63
С3 = 0,16-0,32
С4 < 0.16
Дополнительные условия:
Если поковка имеет тонкое полотно, то ей присваивается максимальная сложность С4.
Недостатки:
1 не дает непрерывного показателя сложности.
2 не всегда логически правильно оценивает сложность поковки.
3-й способ. По величине средних нормальных напряжений, действующих в плоскости разъема штампа.
К = СИГМАср / СИГМАs - сложность поковки.
СИГМАдна - напряжение необходимое для заполнения радиуса донышка, зависит от величины радиуса.
Недостатки:
1 многообразие элементов и, соответственно, расчетных формул. Не всегда имеются готовые формулы на некоторые элементы.
2 не всегда ясна последовательность заполнения элемента. Последовательность расчета средних напряжений должна вестись от элемента, который заполняется в последнюю очередь.
4-й способ. Способ по Тарновскому (для круглых поковок)
Сложность поковки определяется следующим критерием:
Sпок = [(Р^/F)пок / (Р^/F)ц.о.] * 2Rц.п./Rп.
Рпок - периметр сечения поковки.
Fпок - площадь сечения поковки.
Рц.о. - периметр описанного цилиндра вокруг поковки.
Fц.о. - площадь описанного цилиндра вокруг поковки.
Rп - радиус поковки.
Rц.п. - радиус центра тяжести половины сечения поковки.
Штамповка может вестись из цилиндрической заготовки, либо после чернового ручья. Чтобы учесть этот фактор, вводится критерий оценки заготовки:
Sзаг = [(Р^/F)пок / (Р^/F)ц.о.] * 2Rц.з./Rз.
а) штамповка из цилиндрической заготовки.
Sзаг = 1
б) штамповка из чернового ручья
Sзаг =/= 1
Окончательная сложность поковки с учетом заготовки или чернового ручья оценивается величиной:
S = Sпок / Sзаг.
Преимущества:
1 получается непрерывный ряд количественных показателей оценки сложности каждой конкретной поковки.
Недостатки:
1 сложность метода.
Лекция 18.
Анализ способов расчета размеров заусенчатой канавки и объема заусенца.
При выборе размеров канавки необходимо обеспечить заполнение штампа при следующих условиях:
1 минимальный расход металла.
2 минимальное усилие процеса.
3 максимальная стойкость штампа.
СИГМАmax.мост ~ СИГМАср.шт
Наиболее распространена методика расчета мостика по Ребельскому.
V - скорость смыкания штампов
Vо - скорость вытеснения металла в заусенечные канавки.
V*F = Vo*hз*S - мгновенный расход металла.
F - площадь поковки в плане (на виде сверху). hз - толщина мостика.
S - периметр поковки
hз = V*F/Vo*S
V/Vo = 0,07 - эксперементальные данные.
hз = 0,07*F/S
Другие авторы предложили свои формулы определения размеров параллельного мостика:
1. Метод Ребельского Брюханова.
hз = 0,015*(F^0.5)
bз зависит от трех групп сложности.
2. Метод Головнева.
hз выбирается из таблицы в зависимости от Fп и Gпок.
bз зависит от Fпок и Gпок.
3. Метод "По весу падающих частей молота".
hз зависит от веса падающих частей
bз зависит от двух групп сложности.
Для всех известных способов hз выбирается в зависимости, от габаритов поковки (площадь в плане, вес). hз выбирается в зависимости от стойкости штампа.
Сложность поковки не влияет на выбор hз. Это подтверждают статистические исследования. Анализ большого числа отлаженных технологических процессов позволил получить математическую модель оптимальной величины hз.
hp = 2.17 + 1.39 (Gпок)^0.2 - для кривошитных прессов.
hp = -0,09 + 2*(Gпок)^1/3 - 0,01Gпок - для молотов.
Выбор магазина и объема облоя.
Металл не должен на 100% заполнять магазин.
Площадь поперечного сечения заусенечной канавки.
Sзаус.кан ~ В * Н
Площадь поперечного сечения заусенца.
Sзаус = Пси * Sзаус.кан
Пси - коэффициент заполнения.
Объем облоя.
Vобл = Sзаус * Р
Р - периметр поковки.
1. Метод Ребельского Брюханова.
Sзаус зависит от трех групп сложности поковки
Пси зависит от трех групп сложности (0,3-0,7)
2. Метод Головнева.
Sзаус зависит от трех групп сложности поковки
Пси зависит от трех групп сложности
3. Метод "По весу падающих частей молота".
Sзаус зависит от двух групп сложности поковки
Пси зависит от шести групп сложности
Размеры магазина и объем облоя значительно увеличивается с возрастанием сложности поковки.
Условия оптимизации выбора рационального диаметра заготовки.
Оптимизация ведется по следующим параметрам:
1 минимальный объем облоя.
2 качество поковки.
Преимущества:
1 диаметр заготовки максимальный;
2 диаметр заготовки меньше диаметра поковки.
Недостатки:
1 большой объем заусенца.
2 понижается стойкость штампа.
3 дополнительные затраты энергии оборудования.
Размеры заготовки очень сильно влияют и на размеры облоя и на качество поковки.
Документ
Категория
Металлургия
Просмотров
103
Размер файла
51 Кб
Теги
работа
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа