книги / Сопротивление материалов пластическому деформированию Инженерные расчеты процессов конечного формоизменения материалов

иметь форму, по возможности близкую форме окончательного изделия. При этом, выигрывая в уменьшении рабочего хода, обычно проигрывают на потребном усилии штамповки и качестве (по очертаниям) готового изделия.

Действительно, теоретически и экспериментально доказано, что напряженное состояние металла, деформируемого в горячем состоянии (так же как и любого неметаллического вещества, не обладающего ярко выраженным свойством деформационного упроч­ нения), зависит не от всей предшествующей деформации, которую претерпело это вещество при операции, а только от тех малых

Рис. 21. Схема заполнения полости штампа металлом: а — при рациональной форме заготовки в конце процесса зона стыка деталей штампа остается незапол­ ненной; б — при нерациональной форме заготовки образуется заусенец

деформаций, которые оно претерпевает при переходе в данную стадию процесса своего пластического формоизменения из пред­ шествующей близкой. Поэтому и рекомендуется при выборе формы металлического тела, поступающего, например, в чистовой штамп при горячей безоблойной штамповке, добиваться не приближенного сходства внешних габаритов с габаритами готового изделия, а оп­ тимальной последовательности окончательного заполнения поло­ стей штампа. При этом желательно, чтобы в последнюю очередь заполнялась зона полости штампа вдоль контура стыка подвиж­

(т. е. затекание металла в зазоры) может образоваться раньше, чем вся полость штампа будет заполнена. Такое преждевремен­ ное образование заусенца влечет за собой быстрый износ рабочего инструмента, а также завышение потребного усилия.

При холодной обработке металлов давлением исходная форма заготовки оказывает на ее напряженное состояние при придании ей окончательной формы изделия еще большее влияние, чем при горячей.

расположенную на поверхности, контактирующейся после свертки с пуансоном. Следовательно, поверхностные материальные ча­ стицы заготовки должны претерпевать при свертке деформацию сжатия в тангенциальном направлении (т. е. в направлении, пер-

Рис. 22. Схема операции свертки колпачка из плоского кружка. Внутренняя поверхность колпачка контакти­ рует с поверхностью пуансона

пендикулярном меридиональному сечению заготовки). Поэтому для достижения такой деформации при минимальной затрате ме­ ханической энергии желательно, чтобы внешние силы, приложен­ ные к противоположной наруж­

Тип матриц (см. рис. 23) во многих пособиях по холодной ли­ стовой штамповке приводится как основная стандартная форма сверточной матрицы. Тем не менее, подтвержденный практикой

составляемого с осью симметрии касательной к меридиональному сечению наружной поверхности у верхней кромки (касательной, проведенной из точки Б). Получив функциональную зависимость

ней точке расчетного профиля ма­ трицы, может заметно отличаться в меньшую сторону от прямого

угла (рис. 26). Это значит, что в своем исходном положении заго­

должна касаться профиля матрицы только вдоль линии, не опи­ раясь даже на какую-либо узкую плоскую кольцевую площадку. Исходное положение относительно толстой заготовки в матрице фиксируется тем, что она направлена по диаметру D0 в вырубной матрице. Получаемая расчетом кривая рабочего профиля матрицы обычно на практике аппроксимируется кривой, состоящей из двух дуг окружностей различного радиуса.

Следует отметить, что данный характер рабочего профиля свер­ точных матриц был получен на производстве чисто опытным путем значительно ранее, чем удалось подвести (хотя бы приближенно) теоретическую базу для расчета.

8. Определение степени деформации, температурно-скоростного режима

ипотребных усилий формоизменения

Взадачах обработки металлов давлением приходится встре­ чаться с вопросом о выборе числа переходов, т. е. числа отдельных операций любого технологического процесса. При этом в различ­

ных случаях необходимо подходить к решению этого вопроса с совершенно различных точек зрения. Действительно, прежде чем решать подобную задачу, следует выяснить, зачем нужно производить данную технологическую операцию не за один, а за несколько переходов. Ответы на этот вопрос могут быть различ­ ные. В ряде случаев при производстве изделий сложной конфигу­ рации оказывается кинематически невозможным придать дефор­ мируемому металлу заданную форму за один переход, т. е. за один ход подвижной детали рабочего инструмента. На практике в этих случаях применяется свободная ковка или многоручьевая горя­ чая штамповка.

Естественно, что определение оптимального числа переходов выходит за рамки тематики СМПД. В подобных случаях можно лишь рекомендовать тщательное выяснение всех возможностей предельного уменьшения числа переходов любого процесса горя­ чей обработки металлов давлением, что особенно важно в случаях массового производства сравнительно мелких изделий. Так, при многоручьевой горячей штамповке деталей малых габаритов без промежуточного нагрева всегда происходит значительное и нерав­ номерное остывание деформируемого металла и, как следствие, большой процент брака изделий или ухудшение качества готовой продукции. Поэтому выяснение возможностей производить под­ готовительные операции процессов горячей обработки металлов давлением до нагрева в холодном состоянии является одной из актуальных задач тематики СМПД.

Выбор числа переходов при холодной обработке металлов давлением базируется на соображениях совершенно иного харак-/ тера.

Необходимо начать с того, что число переходов при холодной обработке металлов ставится в зависимость от числа необходимых промежуточных отжигов деформируемого металла. Как известно, промежуточные отжиги после каждой отдельной операции тех­ нологического процесса производятся в целях снятия деформаци­ онного упрочнения (наклепа) металла. Большие степени дефор­ мации, вызывающие значительное деформационное упрочнение, повышают сопротивление металла дальнейшей деформации, уве­ личивают хрупкость металла, а вместе с тем и вероятность брака изделий. Критерием степени деформации всего деформируемого тела в целом на практике для любого типа технологического про­ цесса служит степень деформации в какой-либо определенной ха­ рактерной зоне данного тела, в которой деформационное упрочне­

ние близко к максимуму, а значения главных компонентов дефор­ мации могут быть сравнительно легко определимы численно. На­ пример, при технологических процессах вытяжки полых осесим­ метричных изделий типа стаканов и колпачков из плоской листо­ вой заготовки критерием степени наклепа служит степень дефор­ мации на верхней внутренней кромке вытягиваемого колпачка (см. точку А на рис. 22 и 24). На практике значения степени де­ формации некоторой материальной частицы в зоне верхней вну­ тренней кромки изделия определяются в зависимости от несколь­ ких параметров, в число которых входят относительные уменьше­ ния диаметра; толщины стенки изделия; площади сечения стенки изделия плоскостью, перпендикулярной оси. На предприятиях применяются различные формулы для вычисления общей для всего технологического процесса степени деформации и для разбивки ее по отдельным операциям, между которыми рекомендуется про­ изводить отжиг полуфабрикатов. При этом, согласно принятым формулам, общая степень деформации нескольких последователь­ ных операций не равна арифметической сумме степеней деформа­ ции на отдельных операциях.

В связи с этим разбивка степени деформации процесса на сте­ пени деформаций отдельных операций всегда связана с относи­ тельно громоздкими пересчетами. Такое положение дел объясня­ ется отсутствием четкого и более или менее общепринятого опре­ деления понятия степени деформации. Выше уже было упомянуто о том, что в 1958 г. Ильюшин опубликовал [31 ] рекомендуемое им математическое определение понятия степени деформации. Нами оно расшифровывается следующим образом: степенью де­ формации рассматриваемой материальной частицы мы называем арифметическую сумму интенсивностей последовательных малых деформаций, на которые можно было бы разделить весь процесс конечного формоизменения этой частицы. В случае монотонного протекания процесса деформации, степень деформации численно равна интенсивности главных логарифмических деформаций.

Новое определение понятия степени деформации дает возмож­ ность считать общую степень деформации за весь технологиче­ ский процесс равной арифметической сумме степеней деформации отдельных операций. Это обстоятельство в значительной мере об­ легчает разбивку любого технологического процесса на отдельные операции. .

В частности, если рассматривать как критерий степени дефор­ мации при технологическом процессе вытяжки стакана или кол­ пачка из круглой листовой заготовки степень деформации в зоне верхней внутренней кромки полуфабриката, то каждую отдель­ ную операцию оказывается возможно разбить на два периода, а именно: первый период (период выбора зазора между верхней внутренней кромкой полуфабриката и рабочей поверхностью пуансона) — от начала операции до того момента, когда верхняя внутренняя кромка полностью войдет в контакт с пуансоном;

раторных условиях процессов, геометрически подобных изучае­ мому. Такое моделирование может быть осуществлено при оди­ наковом материале модели и натуры, но в более мелком масштабе, или (в других случаях) модель может быть изготовлена из мате­ риала, менее сопротивляющегося пластической деформации, чем материал натуры. Выяснение возможностей решения практиче­ ских задач методами моделирования прямо относится к тематике СМПД (см. пятый раздел).

Определение потребных усилий и мощности машин-орудий инженерными методами, рекомендуемыми в СМПД, характери­ зуется значительным многообразием приемов постановки и ре­ шения данной задачи.

Это обстоятельство представляет несомненное преимущество инженерных методов перед другими, даже более строгими мето­ дами расчета. Методы сопротивления материалов являются до­ статочно гибкими для того, чтобы, использовав специфические особенности каждой конкретной задачи, пренебрегать факторами, которые в данной задаче могут быть отнесены к категории второ­ степенных.

Некоторые характерные приемы.

1.Использование условий равновесия мысленно выделенных частиц тела, не все размеры которых весьма малы. Так, при рас­ смотрении условий равновесия выделяемого элемента тела два его размера полагаются сколь угодно малыми, а третий прини­ мается равным полной высоте деформируемого тела (в задаче оса­ живания плоскопараллельными бойками третий размер прини­ мается равным текущему расстоянию между бойками).

Е. А. Попов в своих исследованиях [70,711 по вопросам теории листовой штамповки рассматривает равновесие элементов осе­ симметричной оболочки, выделенных двумя меридиональными сечениями, составляющими между собой малый угол, и двумя коническими поверхностями (образующие которых ортогональны срединной поверхности оболочки), отстоящими друг от друга на бесконечно малом расстоянии. Размер элемента в направлении нормали к срединной поверхности принимается конечным, равным толщине листа.

2.Использование некоторой условной схематизации кинема­ тики процессов деформации при решении задач горячей обработки металлов давлением упрощенными методами теории пластического течения физического вещества.

3.Использование равнодействующей касательных напряжений по криволинейным сечениям, прямолинейные образующие которых параллельны ходу инструмента.

Предельные значения касательных напряжений предполага­ ются заранее известными, что вполне реально, поскольку при всех условиях значения касательных напряжений в любых се­ чениях тела не могут по абсолютной величине превзойти предел, определенный для заданного материала при заданном температур-