Воронцов Теория штамповки выдавливанием (1245676), страница 70
Текст из файла (страница 70)
Поскольку алмазы имеют очень небольшие размеры, то их невозможно использовать для изготовления матриц под выдавливание изделий, размер которых не является весьма малым. Нагрев заготовок из таких материалов как вольфрам и молибден также не приводит к положительному результату. В работе 11041 указывается, что оптимальная температура выдавливания вольфрама — 2500'С, но даже опыты с температурой нагрева 1600'С вызывали оплавление рабочей части матрицы и в сочетании с высокими дав- Я лениями — потерю формы ее канала. Матрицы выдерживали всего один рабочий цикл, причем конец изделия оказывался большего сечения, чем его начало.
Для выдавливания молибдена требовалась более низкая температура 1400'С, однако матрица и при этом выдерживала выдавливание только нескольких заготовок. Поэтому для изготовления стержневых изделий из труднодеформируемых материалов широко используется выдавливание в оболочках (рис.
7.22), имеющих более низкие прочностные характеристики, чем основной материал системы. С одной сторо- 486 ны, такая оболочка выполняет защитную функцию, исключая взаимный контакт труднодеформируемого стержня и штампового инструмента. С другой стороны, использование оболочек обусловлено тем, что применение смазок для уменыпения трения часто оказывается недостаточно эффективным средством, не дающим требуемого снижения неравномерности истечения и распределения деформаций, тогда как оболочки создают активные силы трения и значительное гидросгатическое давление, дающее одновременное повышение пластичности и прочности труднодеформируемого материала стержня и подавляющее процессы зарождения трещин.
Оболочки также оказывают теплоизолирующее действие, увеличивают однородность температурного поля и служат дополнительным аккумулятором тепла. Все это позволяет получать высококачественные изделия из труднодеформируемых материалов при достаточной стойкости штампового инструмента 1рис. 7.23 11041). Рис. 7.33. Молибденовый стержень в медной оболочке, выдавленный при 200'С В работе 1104] проведены обширные экспериментальные исследования при различных углах конуса матрицы и значениях Я, выявившие влияние толщины и механических характеристик материала оболочки на истечение стержня из трудподеформируемого материала. Показано, что при определйнпом соотношении механических характеристик и размеров элементов, составляющих систему, можно повысить равномерность истечения и однородность деформированного сосгояния материала стержня. Установлено, что с увеличением толщины оболочки истечение становится более равномерным, и вероятность получения бракованных изделий уменьшается.
487 У 1 дР— ц =- '. (7А4) ю ' ЯР д дрр 1р= — ' ° Р др' Подставляя их в условие несжимаемости г,р+~„+~а=О и решая 488 Вместе с тем, по мере увеличения толщины оболочки происходит некоторое снижение величины деформации стержня. Поэтому толщину оболочки рекомендуется выбирать на основании экспериментальных данных. Важнейшим параметром процесса является соотношение напряжений текучести материалов стержня (о„) и оболочки (о„) .
Если отношение о /гг, будет слишком велико, то будет происходить лишь деформация оболочки на стержне как на оправке, приводящая к растяжению и возможному разрушению стержня. Если же это отношение будет слишком мало, то будет происходить значительное повышение удельной силы выдавливания, приводящее к резкому сокращению срока службы штампового инструмента.
На основании проведенных в работе 11041 экспериментов соотношение твердостей стержня и оболочки рекомендуется брать в пределах 2-3, однако теоретически обоснованные расчетные соотношения для определения необходимых параметров отсутствуют. При этом указывается, что в настоящее время нет еще достаточно полных аналитических исследований по совместному истечению при выдавливании металлических материалов с разнородными механическими характеристиками и решения задачи об оптимальном соотношении их прочностных характеристик. На рис. 7.22 приведена расчетная схема для определения напряженного состояния при выдавливании стержня в оболочке. В решении используем сферические координаты р, ~р и О, а также полные величины напряжений.
Примем, что течение в очаге пластической деформации, сосредоточенном в коническом участке матрицы, происходит по радиусу р. Тогда скорости течения по координатам ~р и О будут равны нулю: р,р=рр=О. При этом известные соотношения, определяющие скорости деформаций, принимают вид: полученное уравнение, находим з р=Я~р)/р, где неизвестная г функция Я~р) определяется из граничного условия при р=ь 2р= — 2 ясодар, с учетом которого получаем: Ь2 к = — мо — соя<р.
р — о Подставляя выражение (7.45) в формулы (7.44), находим: 12 Ь2 Ьг «о =2~Ъ вЂ” зсожр «о =«о = — зо — зсовр, 21ор ="о з я1пу. (7.46) Р Определяем интенсивность скоростей деформации: ~Г2 3 = — ' — 11сойр+1. (7.47) ко ~~ ,/3Р' В соответствии с уравнениями Леви — Мизеса напряжения с учетом равенств (7.46) и (7.47) можно записать следующим образом: 2 с, 4 соя<р с =а+ — — '« =с+ — а,, 3 «; ~/3 11сояг <р+1 с,, =со — — а+ — — '« =с — с,, (7.48) 2 а, 2 соя ~р 3«; ' ~/3 11сояг<р+1 1 а, 1 я(п<р =- — *Ч с,.
3 ~, ГЗ Д1д~~ ~~1 Уравнения равновесия в данном случае имеют вид: да дт р — о+ — о" +2а -2а +т с1ур=О, др д~р (7.49) да„ вЂ” '+32 =О. Интегрируя второе уравнение системы (7.49), находим: о = — 13тр д<р+Яр), (7.50) где Яр) — произвольная функция от р. Используя условие пластичности в виде: (7.51) ор-о,=а„ вЂ” р7'(р) = + т с18<р+ 2а, . дт др (7.52) Так как левая часть этого уравнения зависит только от р, а правая — только от 4г, то для обеспечения равенства они должны быть равны постоянной величине С~ .
Таким образом, дт + т с18~р+2о, = С,, др (7.53) откуда: т = 1(2а, — Сг)созср+Сг]. 1 а(пд Приравнивая левую часть уравнения (7.52) постоянной величине С1, получаем: 1(р)= -С,1 р+С,. (7.55) Произвольные постоянные С1, Сг и Сз в этих выражениях находятся отдельно для стержня и оболочки. Граничные условия для стержня имеют вид: тр„,=О при ~р=О, т,= — р~а,о при ~р~1, откуда: С вЂ” 2 1с ~с > 1-сову, (7.56) 490 с учетом формулы (7.50) и того, что согласно третьему выра- жению системы (7.48) т =Я<р), можно первое уравнение сис- темы (7.49) привести к виду: (7.57) С р1о„в)п 2с 1 — сову, Граничные условия для оболочки имеют вид: тр,р= -121 о„, при гр у1, т =12о при <р-у, откуда ( фв1пу+ф, вп2у, 1 1 сову, -сову (7.58) ,ив1пусову, + 22, япу, сову 2о О со сову, -сову ар=-д,рсов71= — 212О„Нсову2!г при р=а и ~р у1.
(7.60) Подставляя в уравнение (7.50) выражение (7.55) и третье уравнение системы (7.48) и находя с учетом равенства (7.51) произвольную постоянную Сз из условия (7.60), получим выражения для определения радиальных и тангенциальных напряжений в стержне и оболочке: 1 фс !с 11 сс сову,+ сов'у1+— о =-С 1п — — — о 1п р 3 ' и 1 сова2+ сов2 92+в 11 г 1 со !о 11 .ю сову,+ сову,+— о =-С 1п — — — о.
1п р З и 1 сов92+ сов 92+— 11 со~,, (7.62) Г 491 Произвольная постоянная Сз Определяется для 06Олоч" ки и стержня из следующего граничного условия, учитывающего силу трения заготовки о цилиндрический выходной участок матрицы, отнесенную ко всей площади поперечного сечения выдавленной части системы: — сод~„(7.63) г 1 — сов11+ сову+— о„= — о„— с„', 1п — — ( — о„1п а 11' 1 сокр+ сов 4г+— 11 со~+ о =-ст — ~ 1п — — ~ — о 1п р 13 ~е ю о 11 ..о совр+ 1 сову,+— — сод~, .
(7.64) 1 соя у+— 11 Очевидно, что для начала пластической деформации в стержне напряжения, определяемые по выражениям (7.63) и (7.64) при р=Ь и ~р=у1, должны быль равны между собой. Отсюда, используя очевидное соотношение Ыа=Я/г, можно найти, что для выполнения этого равенства отношение пределов текучести материалов сердечника и оболочки должно быть равно: ( тяп~ + р„япу, р, япу, 1 + о ~ сову, -сову 1 — сову,) а 1+ 21пЯ Япу, = — Япу, Я, сову,= 1 — яп у,.
г где 492 Формула (7.65) определяет оптимальное отношение напряжений текучести, при котором обеспечивается наиболее равномерная взаимная пластическая деформация заготовки и оболочки. Если это отношение в реальном процессе будет отличаться от расчетного в большую сторону, то величина напряжений будет недостаточна для создания пластического состояния в стержне, и пластическое состояние возникнет лишь в более мягком материале системы — оболочке. Подсчитанные по формуле (7.65) оптимальные значения хорошо согласуются с экспериментальными данными работы 11041. Так при 7=45', Р=Ь0 мм, а'=36 мм, /31=54 мм (Я=1,67, #1=1,5) и 1х=1х1=0,3 — о„/п„=2,78, (о„/о„);2,7, то есть расхождение 8=2,9%.
При 7=45', /9=60 мм, а'=20 мм, Л1=44 мм (Я=З, Я~=2,2) и 1х=р1=0,5 — и„/п„=4,46,(о„/о„),=4,5, то есть 8=0,9%. Выявленные в разделе 7.3 закономерности деформированного состояния выдавливаемого стержня позволяют впервые дать теоретическое объяснение следующих закономерностей, экспериментально установленных в работе [1041.
Увеличение высоты передней части оболочки Н| (рис. 7.22) способствует выравниванию накопленных деформаций вдоль переднего конца стержня, поскольку при этом всй большая часть зоны нестационарных деформаций 1а (рис. 7.12, справа) перемещается из стержня в оболочку. Таким образом, оболочка проявляет еще одно положительное свойство, позволяя уменьшить недостаточно продеформированный и, соответственно, подлежащий последующему удалению участок переднего конца стержня. Увеличение толщины оболочки Я вЂ” Я~ (рис. 7.22) способствует выравниванию накопленных деформаций в поперечном направлении выдавленной части стержня, поскольку при этом зона нестационарных деформаций 1в (рис. 7.12) смещается из стержня в оболочку.
7.6. РЕДУЦИРОВАНИЕ Редуцировапием называетсл разновидность выдавливания стержня, при которой пластической деформации подвергается небольшая часть объема заготовки, расположенная в обжимакпцей зоне матрицы, а участок заготовки исходного диаметра находится в упругом состоянии. При редуцировании (рис. 7.24) контейнер отсутствует, и исходный участок заготовки лишь на части своей длины контактирует без значительного силового взаимодействия с приемной частью матрицы или иным элементом, обеспечивающим направление заготовки в начальный момент процесса деформации. Рие. 7.34.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
