Разбортовка трубчатой заготовки

Из формулы (30) следует, что для раздачи заготовок одних и тех же размеров деформирующее усилие тем больше, чем выше характеристики прочности материала заготовки, степень деформации и силы контактного трения. Угол наклона образующей пуансона α также влияет на деформирующее усилие раздачи. Исследование формулы (30) показывает, что существуют оптимальные углы, при которых усилие раздачи наименьшее. При малых коэффициентах трения µ оптимальные углы конусности равны 15-20°.

Работа деформирования.

В процессе раздачи, как и  в процессе обжима, усилие деформирования изменяется. Используя методику определения работы деформирования при обжиме, можно получить формулу для определения работы деформирования при раздаче:

                                              (31)

Эта формула позволяет  определить работу деформирования по ходу пуансона и построить зависимость  Р = Р (Н).

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 (рис. 8). Появление того или иного вида дефектов зависит от характеристик механических свойств материала заготовки, ее относительной толщины s/D, угла наклона образующей пуансона а, условий контактного трения и условий закрепления заготовки в штампе.

 

Отношение наибольшего диаметра деформированной части заготовки Dp к диаметру исходной заготовки D, при котором может возникнуть местная потеря устойчивости, носит название предельного коэффициента раздачи K_PII.

Предельный коэффициент  раздачи приближенно может быть определен из условий, при котором  наибольшее по очагу деформации радиальное сжимающее напряжение σ_{ρ max} не превышает критическое напряжение σ_кр, вызывающее складкообразование:

Приравняв σ_{ρ max} согласно формуле (27) критическому напряжению

 σ_кр = φ_уσ_T (здесь φ_у = σ_кр/σ_T — коэффициент устойчивости) и решив полученное уравнение относительно предельного коэффициента раздачи

K_p= D_p/D, получим⁴:

                                   (32)

Для получения замкнутого решения при выводе формулы (32) принято, что для среднего значения коэффициента раздачи K_p= 1,43, сумма

1 + = 1 + l/ = 1,83.

Расчеты по формуле (32) показывают, что при α = 15°, σ_T = 260 МПа,

σ_В = 400 МПа, φ_у = 1 и µ = 0,10 K_рп = 1,405, а K_рд = 1,405/1,1 = 1,277.

Недостаток формулы (32) тот же, что и формулы для определения критического коэффициента обжима.

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.

Одно из решений задачи определения предельного коэффициента раздачи K_рп по условию появления шейки на краевом участке заготовки получено

А. Ю. Аверкиевым и С. А. Шульгой. Предложенная ими формула для  определения K_p имеет вид

                  (33)

где α — угол наклона образующей пуансона;

  = 2s/D — относительная толщина заготовки.

Анализ формулы (33) показывает, что K_рп увеличивается с увеличением показателя деформационного упрочнения, относительной толщины заготовки s и угла α.

Для облегчения расчетов формула (33) представлена в виде графической зависимости при α = 30° (рис. 9).

                                          

                                                     (34)

Аналогичные кривые можно  получить для других углов α. На предельный коэффициент формоизменения при раздаче влияет анизотропия механических свойств материала заготовки. С увеличением коэффициента нормальной анизотропии R* предельный коэффициент раздачи увеличивается, так как при этом увеличивается сопротивление стенок заготовки утонению.

Для получения высокой  степени деформации при раздаче  необходимо, чтобы, как и при обжиме, коэффициент анизотропии в осевом направлении заготовки был бы больше коэффициента анизотропии в  окружном ее направлении, а их значение — больше единицы.

Допустимые коэффициенты раздачи могут быть определены и  на основании экспериментальных  данных. В технической литературе [4, 5] имеются специальные таблицы для определения допустимых коэффициентов раздачи (которые, как и при обжиме, на 10—15 % больше предельных), применяемые в инженерной практике при проектировании технологических процессов изготовления штампованных деталей, включающих операцию раздачи.⁵

Размеры заготовки.

 Длина заготовки, из  которой можно получить деталь  требуемых размеров, определяется  из условия равенства объема  заготовки до и после раздачи,  а диаметр и толщина стенки заготовки принимаются равными диаметру и толщине стенки цилиндрического участка детали D и s соответственно. После раздачи конический участок детали имеет неравномерную толщину стенки, изменяющуюся от s до s_K. Если принять допущение о том, что это изменение носит линейный характер и наименьшая толщина стенки деформированного участка соответствует расчетной по формуле (23), то формулы для определения продольной длины заготовки могут быть представлены в следующем виде:

при раздаче по схеме, приведенной на рис. 4:

        (35)

 

(36)

 

 При выводе формулы (36) принято, что радиусы изгиба заготовки r при перемещении ее на коническую часть пуансона и сходе с нее равны друг другу (рис. 10).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Штампы для  раздачи.

Конструктивная схема  штампа для раздачи, как и для  обжима, зависит от требуемой степени  деформации. Если степень деформации сравнительно невелика и коэффициент раздачи K_p меньше предельного, местная потеря устойчивости (в том числе появление шейки на кромке детали) исключена. В этом случае применяют открытые штампы без противодавления (подпора) на цилиндрический участок заготовки.

 

При высоких степенях деформации, когда коэффициент раздачи больше предельного, применяют штампы со скользящей втулкой-подпором, создающей противодавление на цилиндрический участок заготовки. Схема такого штампа показана на рис. 11. Его конструктивная  особенность  заключается в том, что скользящая втулка 4 опускается вниз регулируемыми по длине толкателями 3, закрепленными на верхней плите штампа 1, что исключает возможность пережима заготовки на участке контакта пуансона, заготовки и скользящей втулки 4. Применение штампа со скользящей втулкой-подпором позволяет повысить степень деформации на 25—30 %.

  Предельную степень деформации при раздаче конусным пуансоном также можно повысить, если на кромке заготовки получить небольшой фланец шириной 5—6 s при внутреннем радиусе изгиба r ≥ s. При раздаче фланец воспринимает без разрушения более высокие окружные растягивающие напряжения, чем кромка заготовки без фланца. При этом предельная степень деформации увеличивается на 15—20 % (рис. 12).

Критерием выбора типа штампа для раздачи (со скользящей втулкой  или без нее) служат расчеты по приведенным выше формулам для определения предельного коэффициента по условию отсутствия складок у основания заготовки и условию отсутствия трещин на кромке детали.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература.

1. Основы теории обработки металлов давлением. Под ред. М. В. Сторожева. М.. Машгиз. 1959.
2. Попов  Е.  А.  Основы  теории  листовой штамповки:  учебное  пособие  для  вузов / Е. А. Попов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1977. – 278 с. 
3. Handbook of Metal Forming. Editor Kurt Lange., New York, 1985, 614 p.
4. Ковка и штамповка: Справочник. В 4-х т./Ред совет: Е. И. Семенов (пред.) и др. М-: Машиностроение. Т. I. 1986, 568 с; т. 4. 1987. 544 с.
5. Технологичность конструкций изделий: Справочник/Т. К- Алферова, Ю. Д. Амиров, П. Н. Волков и др.; Под ред. Ю. Д. Амирова. М.: Машиностроение, 1985. 368 с.

 

¹ Основы теории обработки металлов давлением. Под ред. М. В. Сторожева. М.. Машгиз. 1959.

²  Попов  Е.  А.  Основы  теории  листовой штамповки:  учебное пособие для вузов / Е. А. Попов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1977. – 278 с. 

³ Handbook of Metal Forming. Editor Kurt Lange., New York, 1985, 614 p.

⁴ Ковка и штамповка: Справочник. В 4-х т./Ред совет: Е. И. Семенов (пред.) и др. М-: Машиностроение. Т. I. 1986, 568 с; т. 4. 1987. 544 с.

⁵ Технологичность конструкций изделий: Справочник/Т. К- Алферова, Ю. Д. Амиров, П. Н. Волков и др.; Под ред. Ю. Д. Амирова. М.: Машиностроение, 1985. 368 с.