Лекция №24

Раздача полых заготовок

Раздача – увеличение размеров поперечного сечения части полой заготовки. В результате раздачи происходит уменьшение тол­щины стенки и длины образующей заготовки в зоне пластической деформации, которая охватывает участок с увеличенными, по­перечными размерами. В процессе раздачи в очаге деформации возникают окружные растягивающие и радиальные сжимающие напряжения.

В массовом и крупносерийном производстве раздачу выпол­няют в специальных штампах, рабочий орган которых — жест­кий цельный пуансон с постепенно увеличивающимися разме­рами поперечного сечения. Внедряясь в пустотелую заготовку в виде отрезка трубы или стакана, полученного вытяжкой, или сваркой кольцевой обечайки, пуансон пластически деформирует ее.

а – напряжения и деформации; б – поле напряжений в очаге деформаций

Раздачу применяют для получения различных деталей и полу­фабрикатов, имеющих переменное поперечное сечение. Применяя раздачу и обжим, можно получить из кольцевых сварных ци­линдрических обечаек-заготовок полуфабрикаты сепараторов ко­нических подшипников, колес сельскохозяйственных машин, различного рода корпусные заготовки и пр.

При раздаче зона пластичес­кой деформации охватывает уча­сток заготовки с переменным по­перечным сечением, цилиндриче­ская ее часть деформируется уп­руго. Наружная часть заготовки не нагружена внешними силами, а удельное усилие, передаваемое пуансоном, при малой относительной толщине стенки мало по сравнению с напряжением текучести. Поэтому можно счи­тать, что напряженное состояние при раздаче, как и при обжиме, плоское, характеризуемое сжатием в осевом и окружном направ­лениях нормальными напряжениями s_r и s_q. Деформированное состояние при раздаче неоднородно по очагу деформации. Так же, как и при обжиме, деформированное состоя­ние изменяется в зависимости от соотношения нормальных напря­жений s_r и s_q. В точках, где напряжения s_r и s_q равны между собой по абсолютному значению, толщина заготовки в процессе деформирования не изменяется, деформированное состояние пло­ское. В остальных участках заготовки деформированное состоя­ние объемное, причем там, где | s_r | > | s_q | - происходит утол­щение стенки, а на участке, где | s_r | < | s_q | - утонение. Зона утолщения стенки мала по сравнению с зоной утонения. Поэтому с некоторым приближением можно считать, что в очаге деформации при раздаче стенка заготовки только утоняется.

Уравнение равновесия при раздаче коническим пуансоном

.

m - коэффициент трения.

Условие пластичности .

Меридиональные напряжения в очаге деформаций

Предельный коэффициент раздачи. Критическая степень де­формации при раздаче регламентируется одним из двух видов потери устойчивости, а именно – складкообразованием у осно­вания заготовки или появлением шейки в одном или одновре­менно нескольких участках кромки деформированной части за­готовки, приводящей к разрушению – трещине. Появление того или иного вида дефектов зависит от характеристик механических свойств материала заготовки, ее относительной тол­щины S/D, угла наклона образующей пуансона a, условий кон­тактного трения и условий закрепления заготовки в штампе.

Виды локальной потери устойчивости:

а – складкообразование; б – утонение и разрыв

Определение критической степени деформации в момент появления шейки на кромке заготовки осложняется тем, что окружная деформация при раздаче коническим пуансоном неравно­мерна вдоль образующей деформированного участка заготовки: периферийный слой, находящийся на кромке, деформируется больше, чем слои, удаленные от кромки, в результате чего последние сдерживают разрушение периферийного слоя, увеличивая его относительное удлинение. В связи с этим относительное удлинение краевого участка заготовки всегда больше относительного удлинения стандартного образца при растяжении.

Коэффициент раздачи (d – диаметр заготовки; D – максимальный диаметр изделия):

m = d / D = 0,7…0,85.

Оптимальный угол конусности пуансона, при котором допустима наибольшая деформация

a _опт = 15…25°.

Длина заготовки для раздачи конусным пуансоном

h ₀ – длина недеформируемой часть заготовки.

Усилие раздачи

Р _раз = 1,1×p× S ×s_в(D – d).

Формовка.

Эта операция, позволяющая получать местные выступы и впадины преимущественно за счет растяжения металла.

Формовка характеризуется двухосным растяжением и уменьшением толщины заготовки в зоне пластической деформа­ции. Местные рельефы в листовых заготовках и местные кольце­вые выступы в сварных обечайках и трубчатых заготовках полу­чают формовкой жестким инструментом в штампе или эластичной и жидкостной средой в разъемной матрице.

Схемы формовки

а – пуансоном; б – с предварительным набором металла во фланец; в – формовка ребер жесткости

Кроме местных углублений и выпукло-вогнутых рельефов формовкой получают ребра жесткости. Рационально выполненные ребра жесткости позволяют существенно повысить жесткость плоских и неглубоких штампованных деталей, в результате чего появляется возможность уменьшения толщины заготовки и, сле­довательно, уменьшения ее массы.

При формовке размеры и форма внешнего контура листовой заготовки (как и высота кольцевой или трубчатой заготовки) изменяются незначительно. Поэтому, применяя формовку взамен вытяжки при изготовлении неглубоких деталей с фланцем, можно получить экономию металла вследствие уменьшения поперечных размеров заготовки. При этом повышение прочности (и несущей способности) деталей, полученных формовкой в результате деформационного упрочнения, превалирует над уменьшением проч­ности вследствие утонения заготовки в зоне деформации.

Место расположения очага деформации и его форма при фор­мовке существенно зависят от формы пуансона. Если формовку проводят полусферическим пуансоном, то зона пластической де­формации состоит из двух участков: контактирующего с пуансо­ном (I) и свободного участка (II), на котором отсутствуют внеш­ние нагрузки (см. рис.).

Решение задачи о распределении напряжений и деформаций в зависимости от относительных размеров инструмента в реальных условиях деформирования (с учетом контактного трения, упроч­нения, и неравномерной толщины заготовки в зоне деформации) довольно сложно, так как требуется решить систему уравнений с десятью неизвестными для участка I и одиннадцатью неизвест­ными для участка II очага деформации.

Экспериментально установлено, что пре­дельная относительная высота местного углубления, равная от­ношению его высоты к диаметру, увеличивается с увеличением толщины заготовки и радиуса скругления торцовой части пуан­сона. Наибольшая высота углубления достигается при формовке полусферическим пуансоном. При формовке листовой латуни Л63 толщиной 1 мм она достигает половины диаметра пуансона.

При формовке полусферических углублений возможно появ­ление трещин на некотором удалении от полюса полусферы. Это объясняется тем, что в полюсе и его окрестности заготовка плотно прилегает к пуансону и контактные силы трения, возникающие при скольжении заготовки (ори ее утонении) от­носительно пуансона, сдерживают деформацию в полюсе более интенсивно, чем на периферийных участках.

Допустимая деформация растяжения

% ≤ 0,75

– относительное удлинение при растяжении.

Допустимая глубина при формовке зависит от отношения S / d

;

Формовку можно вести за несколько переходов

Формовка используется для получения ребер жесткости.

а – формовка ребра жесткости; б – разрушение заготовки при формовке

Степень деформации можно увеличить, используя технологические обкладки, которые увеличивают толщину и снижают степень локализации очага деформации за счет сил трения между заготовкой и обкладками.

Формовка в обкладках тонких заготовок (S = 0,05…0,15) мм

Дата добавления: 2015-07-24