Определение предельного коэффициента раздачи и количества переходов

3.  Определение предельного коэффициента раздачи и количества переходов

Предельным коэффициентом раздачи называется максимальный коэффициент , при котором заготовка деформируется без дефектов.

Дефекты при раздаче:

1. Гофрообразование (наплыв) для тонкостенных материалов

3. Трещинообразование образуется под  для малопластичных материалов

2. Разрыв кромки для пластичных материалов ,

-   Определение предельного коэффициента раздачи при гофрообразования

Дефект гофрообразования связан с сжимающими усилиями от сжимающих напряжений. Условно предельный коэффициент раздачи можно определить следующим образом.

Схема к определению коэффициента раздачи при гофрообразовании.

Предельный коэффициент в этом случае можно найти из условия равенства момента внутреннего сопротивления и внешнего момента относительно сечения о-О.

Если внешний момент относительно сечения о-О превышает внутренний момент, то образуется гофра   гофра

Внутренний момент с учетом упрочнения можно представить следующим образом

,

где  - единица ширины.

Внешний же момент будет равен

,

где  - плечо.

Радиус свободного изгиба

.

Длину плеча  находят из геометрических соображений. Из

,  .

Усилие  на единицу длины окружности равно произведению напряжения , толщины  и единицы ширины

, где.

Приравняв , находим предельный коэффициент раздачи  Простейший случай – это случай, когда упрочнение отсутствует. В случае отсутствия упрочнения внутренний момент изгиба равен

, .

Приравняв внутренний и внешний моменты, получим

  

Полученный  показывает, что существенное влияние на него оказывает  и .

-   Определение предельного коэффициента раздачи при разрыве кромки

Считаем, что кромка заготовки деформируется в условиях линейных схем НДС. Тогда за критическую величину деформаций принимаем как и при линейной схеме деформаций , то есть

,

,

Последнее выражение дает оценочное значение предельного коэффициента раздачи.

Иногда для относительно толстых заготовок, для которых

предельный коэффициент определяют с учетом давления заготовки на оправку. Тогда условием формообразования можно считать условие, при котором давление  достигает максимума. Для этого используют уравнения равновесия элемента кромки заготовки на ось, перпендикулярную рабочей поверхности заготовки.

Схема действия сил

Получим уравнение Лапласа

,

,

,

.

Величина S по мере раздачи уменьшает свое значение.

 - для линейной схемы.

,

  .

 (*),

Анализируя данное выражение видно, что коэффициент раздачи оказывает взаимно противоположное влияние разных сомножителей. , который учитывает упрочнение, увеличивает выражение, а который учитывает толщину – уменьшает.

Имеет место такой коэффициент раздачи, при котором  достигает экстремума.

.

Таким образом, предварительно преобразовав уравнение (*) разделив и умножив на получим

. const

Из данного выражения находим . Найденный коэффициент, как правило, имеет большее значение, нежели в первом случае.

Смысл этого критерия: как только образец начинает сильно утоняться, давление  падает, в этот момент и фиксируется

Практика отличается от теории, так как есть влияние третьего напряжения, влияние анизоторопии по длине.

При раздаче большое значение имеет состояние кромки заготовки. Наибольшее значение имеет место при полированной кромке, близкое к состоянию поверхности прокатанного листа.

Выбор предельного коэффициента в случае гофрообразования и разрыва кромки определен наименьшим значением

В случае, если общий коэффициент раздачи больше предельного необходимо вести процесс в несколько переходов.

Для толстостенных заготовок, когда , предельный коэффициент которых определен разрывом кромки, необходимо как правило производить промежуточные отжиги, используя одну и ту же штамповую оснастку. В этом случае все коэффициенты раздачи считаем одинаковыми

,

.

Для тонкостенных заготовок, теряющих устойчивость, возможно 2 варианта.

1.  Для тонкостенных высокопластичных заготовок возможно провести многократную раздачу без промежуточного отжига, но в разной штамповой оснастке.

 1 – пуансон,

2 – заготовка,

3 – оправка.

2.  Для тонкостенных и малопластичных заготовок кроме разной штамповой оснастки необходимо применять промежуточный отжиг. Такие материалы являются наиболее трудоемкими в обработке.

Пути интенсификации процесса раздачи

Основным направлением интенсификации является направление, связанное со схемой всестороннего сжатия.

-   Для толстостенных заготовок используются дополнительные элементы на кромке – спутники.

1 – оправка,

2 – заготовка,

3 – спутник.

Спутник выполнен в виде кольца, он должен быть таким, чтобы не создавать условие гофрообразования, но достаточным для создания всестороннего сжатия.

-   Самый простой способ – нагрев кромки заготовки, но процесс в данном случае медленный.

-   Использование ультразвука, при этом снижаются силы трения.

ОТБОРТОВКА

Отбортовка – это процесс, который характеризуется схемой напряженного состояния плоского растяжения и объемной схемой деформированного состояния (2 растяжения и 1 сжатие)

  Способы, реализующие процесс отбортовки

Отбортовка плоской заготовки с прижимом

1 – пуансон,

2 – прижим,

3 – матрица,

4 – деталь,

5 – заготовка.

Усилие прижима Q должно обеспечивать неподвижность фланца. Если уменьшить усилие прижима, то получим операцию вытяжки.

Последующая операция отбортовки

Процесс называется отбортовкой, а способ - обтяжкой.

1 – пуансон,

2 – прижим,

3 – матрица,

4 – деталь,

5 – заготовка.

Суть этого способа:

Можно тянуть стол или заготовку, выпукло или вогнуто. Изготавливают этим способом обшивку летательных аппаратов. Проблема данного способа – получение равномерной толщины.

Механизм процесса отбортовки

Рассмотрим процесс отбортовки плоской заготовки в осесимметричном штампе с прижимом. Условно заготовку, также как и при вытяжке, можно разбить на несколько участков.

аb – упругий участок. Схема НС – как при вытяжке.

bc – участок радиусного скругления. Схема – пластическая, то есть условие деформирования в пластическом состоянии. НДС – как при вытяжке.

cd – цилиндрический участок. Линейная схема напряженного состояния.

de – участок радиусного скругления пуансона.

ef – участок дна.

Оба участка имеют одну и ту же схему НДС.

Обращает на себя внимание то, что меридиональная деформация меняет свой знак в области пластического очага с “-” на “+”. Проведенный анализ дает возможность предположить, что длина образующих заготовки и детали одинаковы. Это условие также как и при вытяжке позволяет определить и исходные величины отверстия и величины деформаций исходя из геометрических соображений. Таким образом одна из деформаций уже известна из условия равенства длин образующих.

В процессе отбортовки усилие, также как и при вытяжке, имеет экстремум.

 – усилие,  – величина хода пуансона.

Максимум усилия наблюдается при определенном перемещении кромки отверстия.

,

здесь , .

Наличие экстремума объясняется как и при вытяжке 2 факторами:

-  упрочнением металла,

-  уменьшением площади очага пластического сопротивления – площади дна.

Особенностью отбортовки является еще и то, что элементы заготовки перемещаясь с плоского дна на радиус закругления испытывают момент сопротивления изгибу .

 Момент внутреннего сопротивления пытается отвести данную часть заготовки от торца заготовки. Между пуансоном и заготовкой образуется прогиб. Это условие учитывается при определенном напряжении, так как отсутствует трение заготовки по инструменту. Это происходит в том случае, если снизу нет подпора.

Определение напряжений и деформаций при отбортовке

Наибольшее сопротивление оказывает процессу донная часть. Решим задачу связывания уравнение равновесия и условия пластичности.

,

,

, , так как ,

,

,

 - дифференциальное уравнение с разделяющимися переменными.

Интегрируя последнее уравнение, получим:

Постоянную интегрирования С находим из граничных условий:

при    .

В результате получим

,

.

Деформация определяется из уравнения связи

,

 - без учета упрочнения, трения, изменения толщины,

Тангенциальная деформация  находится из условия равенства длин образующих.

Зная геометрию инструмента и какой элемент мы рассматриваем в данный момент

,

,

Из условия равенства  находится .

Тогда радиус , затем находим .

Эпюра напряжений и деформаций

 

Определение технологических параметров

-   Форма и размеры заготовки

-   Усилие

-   Число переходов