Разновидностью вытяжки с принудительным утонением считается процесс ротационного выдавливания.

Здесь в качестве оборудования используются токарные станки с ЧПУ.

1 – оправка,

2 – прижим,

3 – заготовка,

4 – давильник.

Возможно два варианта:

1. Если происходит принудительное утонение, то давильник передвигается в одном направлении.

2. Если нет необходимости принудительного утонения, то процесс – обкатка, давильник совершает сложное перемещение относительно заготовки и оправки.

Принудительное утонение применяется для мягких материалов. Способ широко применялся в 20-30 гг.

Определение основных технологических параметров при вытяжке с утонением

Основными технологическими параметрами являются:

• форма и размеры заготовки,

• усилие процесса,

• количество переходов.

  1. Определение формы и размеров заготовки

Форма заготовки независимо от формы детали берется круглая. Из нее получаются прямоугольные, круглые, эллиптические и др. детали.

Размеры заготовки определяются из следующего условия

,

,

,

где - число элементарных частей заготовки, - объем элементарной части. То есть каждый элементарный объем может иметь разную толщину.

Из последнего выражения находят диаметр заготовки:

1. Определение усилия процесса

,

где - радиус детали,

- толщина детали,

1. Определение числа переходов

Общий коэффициент вытяжки

,

где - площади сечения заготовки и детали.

Умножим числитель и знаменатель на одинаковое выражение

Перепишем данное выражение в следующем виде

,

- коэффициент вытяжки и коэффициент утонения на n переходе.

Будем считать, что и . Это условие выполняется не смотря на то, что между переходами промежуточную разупрочняющую термообработку.

Таким образом, получим .

Число переходов при вытяжке может быть больше, чем число операций принудительного утонения, тогда расчет сильно усложняется. Но в нашем случае получим:

Из этого выражения находится число переходов

В случае несовпадения числа переходов вытяжки и числа операций с принудительным утонением число переходов находится следующим образом:

, .

В этом случае обязательным условием является задание числа вытяжек, либо числа вытяжек с принудительным утонением. То есть задать либо , либо . Как правило задается то число, которое является наибольшим.

Если задается .

Но в качестве оценочного варианта используется приблизительное число или либо для чистой вытяжки, либо для чистой протяжки.

Для каждого материала ,

Недостатки процесса вытяжки с принудительным утонением:

1. Необходимость использования съемного устройства

2. Сильный нагрев оснастки и оборудования.

Один из способов съема состоит в следующем:

Упругое кольцо имеет больший диаметр, чем наружное кольцо матрицы. Наличие упругого кольца позволяет

1 – пуансон,

2 – матрица,

3 – заготовка,

4 – упругое кольцо.

1. получить более ровный торец детали за счет устранения небольших несоосностей пуансона и матрицы;

2. упростить схему съема детали с пуансона.

Величина упругой деформации (величина пружинения)

мм.

Данный способ позволяет получить более ровный торец.

РАЗДАЧА

Раздача – это процесс со следующей характерной схемой напряженно-деформированного состояния

Способы раздачи

Способ раздачи на конической оправке трубной заготовки

1 – оправка,

2 – заготовка.

Раздача с применением эластичной среды

1 – пуансон,

2 – матрица,

3 – заготовка,

4 – упругая среда.

Последующий способ раздачи

1 – пуансон,

2 – заготовка,

3 – оправка.

Механизм и схемы напряженно-деформированного состояния при раздаче

Рассмотрим обобщенный механизм способа раздачи на конической оправке.

ab – участок упругого деформирования, передающий основное усилие,

bc – участок радиуса свободного изгиба,

cd – основной участок пластической деформации,

de – участок закругления по радиусу оправки,

ef – упругий участок.

Всегда необходимо, чтобы . Если , то заготовка будет отходить от оправки.

Рассмотрим схемы напряженно-деформированного состояния.

Для участков bc, dc, de схема напряженно-деформированного состояния – одинаковая, но величины напряжений и деформаций – разные.

При раздаче нужно учитывать, чтобы , где - радиус оправки, .

Если данное условие не выполняется, то получаем следующее условие формообразования:

Если , то заготовка отходит от оправки.

,

.

Чтобы этого избежать следует напряжение , либо производить формирование по матрице.

График изменения усилия при раздаче имеет следующий вид

АВ – участок неустановившегося деформирования,

Bh – участок установившегося деформирования.

Они отличаются тем, что на участке АВ для каждого элемента соотношение напряжений , а для участка Bh .

Определение напряжений и деформаций при раздаче

Наиболее просто напряжения и деформации определяются для кромки заготовки

,

,

тангенсальная деформация .

Так как , то .

Если считать, что кромка деформируется как модель, близка к линейному растяжению, то для изотропного металла имеет место соотношение следующее соотношение дефомаций

.

– конечная величина.

.

Чтобы определить деформацию для других элементов, используем уравнение связи напряжений и деформаций.

. (*)

Данное уравнение получено из следующего: для монотонного процесса( для немонотонного используют скорости деформаций) имеем:

,

.

Перепишем уравнение (*) в следующем виде:

.

Данное уравнение дает возможность определить деформации любого элемента для случая

1. если процесс монотонный, то есть все время происходит либо увеличение, либо уменьшение размеров;

2. когда известна одна из деформаций, например из геометрических соотношений;

3. Соотношение напряжений находится из условия упрочнения и трения, также как при вытяжке.

Тангенсальную деформацию при раздаче находим из геометрических соотношений. Независимо от того, какой элемент мы рассматриваем с координатой – этот элемент имеет длину . Поэтому для любого элемента мы находим

.

Далее определим соотношение напряжений для идеального случая без учета трения, упрочнения, изменения толщины.

Для этот используем инженерный метод, решая уравнение равновесия.

Выделим бесконечно малый элемент.

Бесконечно малый элемент находится в равновесии силы, моментов или работы. Так как задача статическая, то мы рассматриваем условие равновесия сил. Находится условие равновесия сил по всем взаимно перпендикулярным осям: , , .

В виду симметрии сумма сил на ось обращается в тождество , .

Аналогично сумма сил на ось обращается в тождество , .

Составим уравнение равновесия на ось

,

,

здесь ,

(где S-толщина),

,

,

.

После подстановки полученных значений площадей, приравняв слагаемые более высокого порядка к 0, получим:

(**)

напишем упрощенное уравнение пластичности

,

,

,

,

. (***)

После подставки (***) в (**), получим - дифференциальное уравнение 1-ого порядка с разделяющимися переменными. После интегрирования последнего выражения, получим

.

Постоянная интегрирования С находится из условия:

Если провести анализ с учетом трения, то схема действия сил на бесконечно малый элемент будет выглядеть следующим образом:

Считаем схему напряженного состояния плоской, но когда учитываем трение, то учитываем касательные напряжения. Напряжение суммируется по бесконечной образующей и становится соизмеримым с и и составляет 30-40%.

,

,

.

Зная эти напряжения, можно построить эпюры.

Эпюры напряжений и деформаций при раздаче

,

.

Определение технологических параметров при раздаче

• форма и размеры заготовки;

• усилие и работа процесса;

• предельные коэффициенты раздачи;

• количество переходов.

  1. Определение формы и размеров заготовки

Толщина и форма сечения заготовки в виде круга, эллипса, прямоугольного сечения полностью соответствует толщине и форме сечения упругой части, передающей усилие.

Размеры детали определяются из условия постоянства объемов при раздаче.

,

где – объем элементарных частей детали,

,

,

.

Используя уравнение связи на кромке

, , ,

то есть кромка утоняется,

.

1. Определение усилия и работы процесса раздачи

Расчет внешнего усилия ведется из условия равенства его внутреннему сопротивлению

Сила и напряжение – величины векторные, они совпадают по направлению

,

, ,

напряжение – меридиональное

Определим напряжение в цилиндрической части с учетом трения, изгиба, упрочнения

,