Разбортовка трубчатой заготовки

Учитывая сказанное и используя степенную аппроксимацию кривой упрочнения, можно получить следующую формулу:

(20)

Аналогичным образом может  быть учтено влияние упрочнения и  изменения толщины заготовки  и в других, полученных ранее формулах. Формулы для определения величины σ_Qmax позволяют оценить возможность выполнения заданной раздачи заготовки без потери ее устойчивости. В первом приближении, как и при обжиме, можно считать, что потеря устойчивости в стенках исходной заготовки наступает тогда, когда σ_Qmax достигнет величины, равной значению предела текучести в стенках исходной заготовки.

Заметим, что при раздаче  сопротивление потере устойчивости при прочих равных условиях несколько  больше, чем при обжиме. Объясняется  это тем, что при обжиме изгибающий момент, действующий на границе очага деформации с недеформируемой частью исходной заготовки, стремится увеличить диаметр заготовки, а при раздаче — уменьшить его. В то же время, как это было установлено при рассмотрении операции обжима, потеря устойчивости с образованием наружной складки наступает при меньшем σ_Qmax, чем при образовании внутренней складки. Таким образом, то обстоятельство, что при раздаче изгибающий момент препятствует увеличению диаметра заготовки вблизи границы очага деформации, несколько повышает сопротивление устойчивости.

В заключение кратко остановимся  на возможности разрушения краевой части заготовки. Как и при отбортовке, краевая часть заготовки при раздаче, деформирующаяся в условиях, близких к линейному растяжению, получает наибольшее тангенциальное удлинение. При определенной величине этого удлинения в краевой части может начаться местная деформация с образованием шейки, которая приводит к разрушению; получившаяся трещина быстро распространяется от края вдоль образующей заготовки.

Разрушение краевой части с образованием продольной трещины чаще всего ограничивает при раздаче величину допустимого увеличения диаметра заготовки.

Сходные условия деформирования при отбортовке и при раздаче приводят к тому, что на величину допустимого без разрушения увеличения диаметра оказывают влияние сходные факторы. При раздаче, как и при отбортовке, на величину допустимого без разрушения заготовки увеличения диаметра краевой части значительное влияние оказывают состояние металла у края заготовки и отношение толщины заготовки к ее диаметру. Наличие наклепаиного слоя у края заготовки (созданного, например, в процесс отрезки или обрезки) значительно уменьшает допустимое увеличение диаметра заготовки в процессе раздачи, причем влияние состояния металла у кромки тем больше, чем больше отношение толщины заготовки к ее диаметру.

Как и при отбортовке, при раздаче увеличение отношения  толщины заготовки к ее диаметру приводит к возрастанию допустимого увеличения диаметра заготовки. Объясняется это сдерживающим влиянием более удаленных от края слоев заготовки, получивших меньшую деформацию. Эти слои, не исчерпав еще устойчивую деформацию, препятствуют возникновению локальной де формации в краевых участках заготовки.

Характер и степень  влияния отношения толщины заготовки  к ее диаметру при раздаче близки к тем, которые имеют место  при отбортовке. Однако следует отметить и некоторые отличия. Проведенные опыты показали, что на величину допустимого коэффициента раздачи κ_p = оказывает заметное влияние угол

 конусности пуансона. Было установлено, что с уменьшением угла конусности пуансона α вероятность разрушения возрастает (допустимый коэффициент раздачи κ_p уменьшается). Объясняется это тем, что сдерживающее влияние соседних элементов, препятствующее образованию шейки в краевом элементе, уменьшается с уменьшением градиента изменения деформации в меридиональном направлении. Действительно, сдерживающее влияние соседних элементов тем больше, чем больше интенсивность их упрочнения в данном состоянии, так как убывание площади поперечного сечения при деформировании компенсируется влиянием роста напряжения текучести. При этом усилие, потребное для деформирования элементов, увеличивается тем больше, чем больше интенсивность упрочнения.

Если в краевом элементе устойчивая деформация исчерпаю (деформация соответствует пределу прочности), то сопротивление, оказываемое соседним элементом развитию локальной деформации в краевом элементе, будет тем больше, чем меньше деформация, полученная этим элементом, по сравнению с деформацией, соответствующей пределу прочности. Рассмотрим, как и при отбортовке, два смежных элемента, имеющих в меридиональном направлении размер, равный толщине заготовки. Пусть один из элементов граничит с краем заготовки. Рассмотрим, насколько могут отличаться деформации этих элементов при раздаче коническим пуансоном. Нетрудно убедиться, что разница в тангенциальных деформациях элементов будет равна (рис. 3)

                                                                            (21)

 Полученная зависимость показывает, что с уменьшением угла конусности пуансона α убывает разница в деформациях смежных элементов, а следовательно, уменьшается сдерживающее влияние элементов с меньшей деформацией на возникновение локальной деформации в элементе с большей деформацией. Из сказанного, однако, не следует делать вывод о том, что угол конусности пуансона оказывает значительное влияние на допустимый коэффициент раздачи, соответствующий, например, функциональной связи [формула (21)]. Эта формула помогает лишь с качественной стороны объяснить причины влияния угла α на κ_p. Проведенные опыты показали, что степень влияния угла конусности пуансона на величину коэффициента раздачи сравнительно невелика. Опытами было также установлено, что разрушение заготовки наступает несколько раньше (допустимый коэффициент раздачи κ_p несколько меньше) при раздаче с хорошей смазкой, обеспечивающей получение малых значений коэффициента трения, чем при раздаче с плохой смазкой. Объясняется это, очевидно, тем, что при малых значениях коэффициента трения облегчается тангенциальное смещение элементов заготовки в процессе образования шейки. Наоборот, увеличенные значения коэффициента трения приводят к тому, что силы трения затрудняют тангенциальное смещение и, следовательно, затрудняют образование и развитие шейки в краевых элементах.

Однако из сказанного не следует, что при раздаче следует  стремиться увеличивать коэффициент  трения, так как с его увеличением связаны и другие явления. В частности, с увеличением коэффициента трения увеличивается усилие раздачи, а следовательно, и вероятность потери устойчивости заготовки. Кроме того, увеличение коэффициента трения приводит к повышенному износу инструмента, к увеличению вероятности налипания металла заготовки на поверхность инструмента с последующим образованием продольных царапин на детали и т. д.²

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Раздача пустотелых цилиндрических заготовок

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. Детали, полученные раздачей, показаны на рис.4.

Формоизменение заготовок  оценивается коэффициентом раздачи, представляющим собой отношение наибольшего диаметра деформированной ее части D_p к диаметру заготовки D:

                                          

                                                              (22)

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.

В качестве примера на рис. 5 показаны два варианта технологического процесса штамповки колес сельскохозяйственных машин: вытяжкой из плоской круглой заготовки и раздачей и обжимом из сварной кольцевой заготовки. Применение второго варианта технологического процесса позволяет получить существенную экономию металла.

 

 

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 σ_ρ и σ_θ (рис. 6, а).

 Деформированное состояние при раздаче неоднородно по очагу деформации. Так же, как и при обжиме, деформированное состояние изменяется в зависимости от соотношения нормальных напряжений σ_ρ и σ_θ. В точках, где напряжения σ_ρ и σ_θ 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 | σ_ρ | > | σ_θ | — происходит утолщение стенки, а на участке, где

| σ_ρ | < | σ_θ | — 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. Наименьшая толщина заготовки находится у ее кромки и определяется по формуле:

                      

                                (23)

Из формулы (23) следует, что утонение стенки на кромке будет тем больше, чем больше коэффициент раздачи K_p.

Распределение напряжений σ_ρ и σ_θ по очагу пластической деформации может быть установлено методом совместного решения уравнений, определяющих равновесие и пластичность заготовки, используя при этом ряд допущений. Формула для определения радиального сжимающего напряжения имеет вид

           

          (24)

 где ρ — текущий радиус поперечного сечения заготовки в очаге пластической деформации. При ρ = D_p/2 радиальное сжимающее напряжение достигает наибольшего значения:

                 (25)

 Если двучлен 1 — (D/D_p)^µ/tgα дважды разложить в ряд (вначале степенную функцию, а затем, получившуюся после разложения степенной функции, логарифмическую) и учесть приращение радиального напряжения в связи с изгибом при входе ее на конусную часть пуансона множителем (3 — 2 cos α), то после преобразований получим

  

   (25а)

 Если учесть среднее по очагу деформации утонение стенки введением в формулу (25а) множителя 0,5(l + ) и принять среднее напряжение текучести равным σ_s(ср)= 0,5σ_в (/²+1), что соответствует средней степени деформации при использовании линейной аппроксимации диаграммы упрочнения 1-го вида, что формула (25а) примет вид

(26)

Формула (26) применима в том случае, когда наибольший диаметр деформированной части заготовки не превышает диаметра цилиндрической части пуансона (D_p < D) (см. рис. 6, а).

Если же заготовка при  раздаче перемещается вдоль цилиндрической части пуансона, то при определении σ_ρ и σ_θ дополнительно необходимо учитывать приращение радиального напряжения в связи с еще одним изгибом и спрямлением краевого участка заготовки.

С учетом этих факторов и  после ряда упрощений формула (26) принимает вид

 (27)

В формуле (27) приращение радиального напряжения от изгиба и спрямления краевого участка заготовки при выходе из очага деформации учтено слагаемым 2sinα. ³

 Формулы (26) и (27) позволяют установить влияние учтенных в анализе факторов на σ_ρ и σ_θ, а также построить эпюры распределения этих напряжений по очагу пластической деформации (рис. 6, б).

При перемещении заготовки вдоль  цилиндрической части пуансона с  малым радиусом скругления рабочей  кромки ее образующая может потерять контакт с ним, изогнуться и принять бочкообразную форму (рис. 7). Это происходит в связи с тем, что при определенной ширине краевого участка заготовки, сошедшего с конической части пуансона, изгибающий момент, образованный окружными силами, увеличивается настолько, что краевая часть заготовки изгибается в меридиональной плоскости. При дальнейшем скольжении заготовки относительно пуансона диаметр ее краевой части уменьшается, так как на элементы заготовки начинают действовать окружные напряжения σ_θ, изменившие знак на обратный (они становятся сжимающими); окружные напряжения увеличиваются до тех пор, пока возникшие силы не создадут изгибающий момент, необходимый для спрямления изогнутого края заготовки. После изгиба и спрямления заготовки деформирующее усилие стабилизируется.

Приращение диаметра заготовки  при раздаче ΔD_P вследствие изгиба краевой части заготовки может быть определено по формуле

              

                     (28)

Где r_II — радиус сопряжения цилиндрического и конусного участков пуансона. Зная ΔD_P, можно определить диаметр пуансона, при котором после раздачи получается требуемый внутренний диаметр детали:

                                                                                         (29)

Обозначения в формуле (28) соответствуют показанным на рис. 7.

Анализ приведенных формул и экспериментальные данные показывают, что ΔD_P тем больше, чем больше угол наклона образующей пуансона α, толщина стенки заготовки s и диаметр деформированного участка заготовки D_p.

Деформирующее усилие раздачи  определяют как произведение наибольшего  по очагу пластической деформации напряжения σ_{ρ max}, действующего в осевом направлении, на площадь поперечного сечения и коэффициент ω=1,1-1,2.

 С учетом формулы  (27) деформирующее усилие раздачи:

                   (30)