Оборудование, инструмент, образцы

Основные сведения

Операция обжима трубной заготовки заключается в пластическом деформировании концевой части заготовки конической матрицей, в результате чего происходит уменьшение поперечных размеров заготовки. При этом ее концевая часть получает форму конуса или конуса, переходящего в цилиндр, диаметр которого меньше диаметра исходной заготовки (рисунок 1).

а – заготовка; б - обжим на конус; в - обжим на цилиндр

Рисунок 1 - Операция обжима трубной заготовки

При обжиме заготовка заталкивается в матрицу силой Р, перемещаясь относительно нее в осевом направлении. Напряженное состояние в деформируемой части заготовки и обозначения размеров, принятых при расчете операции, показано на рисунок.2.

Рисунок 2 - Напряженное состояние в деформируемой части заготовки при обжиме.

Так как размеры стенки заготовки при деформировании уменьшаются, то меридиальные напряжения и тангенциальные напряжения будут сжимающими. Кроме того, на поверхности контакта с матрицей действуют силы трения , направленные против движения ( - коэффициент трения).

Под действием этих сжимающих напряжений толщина стенки конусной части увеличивается по сравнению с толщиной стенки заготовки, начиная от входа в конусную часть и достигая у свободного края максимального значения

(1)

Важным показателем операции обжима является коэффициент обжима

(2)

где D₃ - диаметр исходной заготовки; d₀ - минимальный диаметр после обжима.

Максимальное значение коэффициента обжима определяется возможностью получения качественной детали (отсутствие разрушения и искажения правильной геометрической формы). Для обжима характерно, что предельный коэффициент обжима лимитируется не разрушением детали, а искажением ее формы, которое появляется после достижения определенной величины действующих в стенке напряжений.

Это объясняется тем, что в деформируемой части заготовки имеют место только сжимающие напряжения, а появление трещин и разрушение происходит только под действием растягивающих напряжений, которые в данном случае отсутствуют. Поэтому опасности появления трещин и разрушения при обжиме не возникает.

Фактором, определяющим предельный коэффициент обжима, является появление продольных складок на деформируемой (конической) части заготовки и поперечных кольцевых складок (гофр) на недеформируемой (цилиндрической) части (рисунок 3).

а - кольцевые складки; б - продольные складки

Рисунок 3 - Потеря устойчивости стенки заготовки

С увеличением напряжений σ_ρ растет сила деформирования Р и при достижении критического значения и соответствующего значения Р _мах появляются кольцевые складки. Максимальная величина напряжений σ_ρмах определяется формулой

(3)

где - напряжение текучести,; - коэффициент трения.

Величина максимальных напряжений σ_рмах, вызывающих потерю устойчивости с образованием кольцевых складок во многом зависит от относительной толщины заготовки S/D и при 100٠S/D ≥ 2 может приниматься примерно равной пределу текучести.

Для толстостенных заготовок σ_ρмах = σ_т, тонкостенные заготовки теряют устойчивость раньше, при достижении σ_ρмах (0,7 - 0,8 ) σ_т.

Образование продольных складок на конической части заготовки происходит под действием тангенциальных напряжений σ_θ, причем вероятность возникновения этих складок возрастает с уменьшением относительной толщины стенки S/D.

Таким образом, тонкостенные заготовки при прочих равных условиях теряют устойчивость при меньших коэффициентах обжима, чем толстостенные, другими словами, имеют меньший предельный коэффициент обжима, чем толстостенные.

Часто обжим заготовки в конической матрице производится с выходом в цилиндр, в результате чего получается деталь, имеющая на концевой части цилиндрический участок с диаметром, меньшим диаметра исходной заготовки (рисунок 4).

Рисунок 4 - Обжим заготовки с выходом в цилиндр

Особенностью такого процесса является то, что на переходе с конической части в цилиндрическую стенка заготовки изгибается радиусом свободного изгиба R_p и теряет контакт со стенкой матрицы, в результате чего между заготовкой и матрицей образуется зазор Z

(4)

где - радиус свободного изгиба стенки заготовки на выходе из очага деформации, остальные обозначения указаны на рисунке 4.

Из формулы (3) видно, что на напряжения, а, следовательно, и на силу деформирования влияет угол конуса матрицы. Оптимальная величин угла , при которой напряжения σ_ρмаx и, соответственно, сила деформирования Р получаются минимальными, определяется формулой:

(5)

где - коэффициент трения.

Сила деформирования при обжиме:

(6)

Содержание работы

Обжим проводят на трубчатых заготовках из меди или алюминия в матрицах с углом конусности 20° и 30°, в качестве смазки используют масло.

В процессе обжима записывают индикаторную диаграмму нагружения в координатах "сила - путь" постадийно, через каждые 5 мм, фиксируя силу деформирования в конце каждой стадии. Для каждой заготовки процесс доводят до потери устойчивости - складкообразования. Соответствующий коэффициент обжима является предельным.

Измеряют наружный d_H и внутренний d_B диаметры обжатых заготовок, определяют толщину стенки , и диаметральный зазор между стенкой матрицы и поверхностью заготовки.

Устанавливают наибольший коэффициент обжима, при котором заготовка теряет устойчивость с образованием поперечных складок (гофр). При постадийном деформировании, эскизируют изменение формы заготовки.

Экспериментальные значения зазора , максимальной толщины стенки обжатой цилиндрической части заготовки S_max напряжения сравнивают с расчетными значениями. Коэффициент трения берется в пределах 0,1...0,15.

Оборудование, инструмент, образцы

Оборудование - гидравлический пресс силой 100 кН.

Инструмент - приспособление для обжима с набором сменных матриц с углами конусности: 20° и 30° (рисунок 5).

Рисунок 5 – Операция обжима трубной заготовки

Измерительный инструмент - штангенциркуль, микрометр, масштабная линейка, угломер.

Образцы - заготовки из трубы с наружным диаметром 30 мм, толщиной стенки 1-2 мм и длиной 45 мм. Материал – сталь, медь и алюминий.

Вывод: мы изучили постадийное формоизменение заготовки при обжиме, установили влияние угла конусности матрицы на силу деформирования и напряжение, и определили условия, при которых заготовка теряет устойчивость.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: