Курсовая работа: Анализ напряжённого состояния и определения усилия выдавливания металлов

Содержание

Введение....................................................................................................2

1. Постановка задачи................................................................................5
2. Расчёт деформирующих усилий с помощью совместного решения уравнений равновесия и условий пластичности...................................6
3. Расчёт деформирующих усилий методом баланса работ...............10
4. Расчёт деформирующих усилий методом линий скольжения.......13
5. Сравнение результатов решения.......................................................19

Список литературы.................................................................................21

Введение

Обработка металлов давлением (ОМД) представляет собой метод формирования материала с заданными формой, размерами и физико-механическими свойствами без разрушения его целостности через пластическую деформацию. Основные преимущества ОМД включают значительное сокращение отходов металла (до 20–70 %) по сравнению с резанием, повышение производительности труда, поскольку однократное приложение усилия позволяет существенно изменить форму и размеры заготовки, а также улучшение физико-механических свойств металла, что позволяет создавать детали с оптимальными эксплуатационными характеристиками (прочностью, жесткостью, износостойкостью и т. д.) при минимальной массе. Эти преимущества способствуют росту доли ОМД в металлообработке. Улучшение технологических процессов и оборудования для ОМД расширяет ассортимент деталей, которые можно производить этим методом, увеличивает диапазон их массы и размеров, а также повышает точность получаемых полуфабрикатов. Одним из процессов ОМД является прессование.

Прессование представляет собой процесс получения изделий путем выдавливания нагретого металла из замкнутой полости через отверстие инструмента. Существует два метода прессования: прямое и обратное. При прямом прессовании металл выдавливается в направлении движения пуансона, а при обратном – движется навстречу пуансону из контейнера.

Для прессования используются гидравлические прессы с горизонтальным или вертикальным расположением пуансона. Инструмент для прессования состоит из контейнера, матрицы, пуансона (штемпеля), иглы и иглодержателя (при прессовании полых профилей и труб). Инструмент работает в тяжелых условиях: при температурах 800–1200°С и под высокими удельными нагрузками. Он изготавливается из высококачественных инструментальных сталей и жаропрочных сплавов. Износ инструмента можно уменьшить с помощью различных смазок, таких как графит, стекло, медные и никелевые порошки, окись цинка, дисульфид молибдена и другие.

В процессе прессования реализуется схема всестороннего неравномерного сжатия, что позволяет даже хрупким материалам, таким как мрамор, и малопластичным металлам и сплавам проявлять высокую пластичность. Таким образом, прессование позволяет обрабатывать материалы с низкой пластичностью, которые невозможно деформировать другими методами (например, чугуны). Коэффициент вытяжки при прессовании может составлять 30–50.

Широкая популярность прессования объясняется благоприятной схемой деформации металла, которая заключается в неравномерном сжатии со всех сторон. Температура процесса определяется сопротивлением деформации материала. Горячее прессование используется значительно чаще, чем холодное, однако с развитием производства инструментальных сталей и мощного специализированного оборудования область применения холодного прессования расширяется для сплавов и металлов с низким сопротивлением деформации.

Цикл прессования обычно представляет собой периодически повторяющийся процесс, называемый дискретным прессованием. В настоящее время также применяются полунепрерывные и непрерывные методы прессования, а также развиваются процессы, которые сочетают операции литья, прокатки и прессования. Сам процесс имеет множество разновидностей, которые различаются по ряду признаков:

• форма заготовки,

• наличие или отсутствие перемещения заготовки в контейнере во время обработки,

• методы и скорость приложения внешних сил,

• направление сил трения,

• характер сил трения,

• температурные условия.

Прессование позволяет получать как простые профили (круглые, квадратные), так и сложные формы, которые невозможно изготовить другими методами ОМД.

К преимуществам прессования можно отнести:

• более высокую точность прессованных профилей по сравнению с прокатанными,

• универсальность процесса при переходе между различными размерами и типами профилей,

• быстрое изменение инструмента без значительных временных затрат,

• возможность достижения высоких степеней деформации, что делает процесс высокопроизводительным (скорости прессования могут достигать 5 м/с и более).

Недостатками являются:

• повышенные отходы материала в виде пресс-остатка (10–20 %), поскольку не весь металл может быть выдавлен из контейнера,

• неравномерность деформации внутри контейнера,

• высокая стоимость и расход инструмента,

• увеличенные энергозатраты.

1. Цель работы и исходные данные

1. Определить усилие и удельное

усилие методами:

1. линий скольжения;

1.2. совместного решения уравнений равновесия и условия пластичности;

1.3. баланса работ.

2. При решении задачи методом баланса работ геометрию очага деформации

принять в виде трапеции высотой, равной высоте очага деформации, по

лученной методом линий скольжения.

3. Построить поле линий скольжения и годограф, а также эпюры напряжений.

4. Сравнить результаты, полученные различными методами.

Исходные данные:

– отношение диаметра заготовки до выдавливания к диаметру после операции;

– касательное напряжение;

.

Схема выдавливания с заданными параметрами изображена на рис. 1.

Рис.1-Схема выдавливания