Вытяжка с утонением стенки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Ульяновский Государственный Технический Университет

МЦОО «Партнёр»

Кафедра «Материаловедение и ОМД»

Контрольная работа

по дисциплине «Теория обработки металлов давлением»

на тему: Вытяжка с утонением стенки

Выполнил:

Савочкин А.В.

проверила:

Мищенко О.В.

Ульяновск 2016

Содержание

Введение

1. Определение термина «вытяжка с утонением стенки»

2. Штампы для вытяжки с утонением материала

3. Определение размеров заготовки при вытяжке с утонением материала

4. Определение числа и последовательности операций при вытяжке цилиндрических изделий с утонением материала

5. Определение усилия вытяжки с утонением материала

Список литературы

Введение

Современные тенденции развития различных отраслей промышленности характеризуются резким повышением требований к качеству и эксплуатационным свойствам изделий при снижении себестоимости их производства. Это стимулирует разработку высокоэффективных технологий, отвечающих указанным требованиям и реализующих экономию материальных и энергетических ресурсов, трудовых затрат. Процессы обработки металлов давлением (ОМД) относятся к числу высокоэффективных, экономичных способов изготовления металлических изделий.

Материалы, подвергаемые штамповке, как правило, обладают анизотропией механических свойств, которая может оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на устойчивое протекание технологических процессов ОМД.

В различных отраслях машиностроения широкое распространение нашли цилиндрические детали, изготавливаемые вытяжкой с утонением стенки. При этом повышенные требования предъявляются к механическим характеристикам и показателям качества. Вытяжку с утонением применяют при изготовлении цилиндрических деталей высотой до 10 диаметров из материалов, обладающих достаточной пластичностью в холодном состоянии.

Вытяжка с утонением позволяет получать детали, имеющие относительно точные размеры и высокие прочностные свойства, в два-три раза превышающие прочность исходного материала. Это обеспечивается упрочнением металла при деформировании в сочетании с соответствующей термической обработкой.

Процессы пластического деформирования цилиндрических анизотропных заготовок в коническом канале мало изучены (осесимметричное напряженное и деформированное состояния).

Преимущества вытяжки с утонением:

1) экономия материала до 10 - 20%;

2) не требуется складкодержателем;

3) осуществляется на прессах простого действия;

4) обеспечивает более короткий технологический цикл;

5) улучшается качество изделий за счет упрочнения.

1. Определение термина «вытяжка с утонением стенки»

Вытяжка с утонением стенки применяется для получения высоких пустотелых деталей или полуфабрикатов, у которых:

- толщина дна больше толщины стенки;

- деталей со стенкой, толщина которой уменьшается к краю (пуансон выполняют коническим);

- тонкостенных деталей, получение которых вытяжкой без утонения стенки затруднительно в связи с опасностью складкообразования.

Такая вытяжка увеличивает длину полой заготовки в основном за счёт уменьшения толщины стенок исходной заготовки, степень деформации стенки при этом может составлять 40% - 60%. В процессе вытяжки с утонением происходит уменьшение первоначальной толщины стенки заготовки при относительно небольшом уменьшении ее диаметра. За одну операцию можно получить полуфабрикат значительно большей высоты, чем при вытяжке без утонения.

Вытяжка с утонением осуществляется проталкиванием заготовки в виде колпачка (полученного вытяжкой или каким-либо другим способом) через матрицу, которая имеет форму деформирующего конуса с углом 10є - 20є. Диаметр калибрующего пояска матрицы меньше наружного диаметра полой заготовки, а диаметр пуансона незначительно меньше внутреннего диаметра заготовки. При этом зазор z между пуансоном и матрицей должен быть меньше толщины стенки заготовки (Dmax -- Dmin)/2 < S), которая, сжимаясь между поверхностями пуансона и матрицы, утоняется и одновременно удлинняется. На практике в зависимости от толщины и вида материала величина зазора z берется в пределах (0,65 - 0,85)S.

Данным способом вытяжки получают детали с полем допуска h9-- h12. Допуск на толщину стенки составляет 15--25 % номинальной толщины стенки, допуск на высоту полуфабриката -- до 15 % его высоты.

Удельные усилия на контактных поверхностях при вытяжке с утонением стенки значительно больше, чем при вытяжке без утонения стенки. Так как при вытяжке заготовка скользит по матрице в направлении движения пуансона и по пуансону в обратном направлении (от его торца), то и силы трения на наружной и внутренней поверхностях заготовки направлены в противоположные стороны. Это обстоятельство увеличивает допустимую степень деформации (силы трения по матрице увеличивают растягивающие напряжения в стенках протянутой заготовки, а по пуансону - уменьшают). Деформация в тангенциальном направлении мала, ею пренебрегают и рассматривают плоской. За один переход толщина стенки может быть уменьшена в 1,5 - 2 раза.

2. Штампы для вытяжки с утонением материала

Штампы для вытяжки с утонением весьма просты по конструкции. Они обычно состоят из пуансона и протяжного кольца - протяжной матрицы.

Рис. 1. Конструкции пуансонов и матриц для вытяжки с утонением материала

а - комбинированная вырубка и вытяжка;

б - 1-я вытяжка с утонением;

в - 2-я вытяжка с утонением;

г - 3-я вытяжка с утонением.

На рис.1 представлены конструкции пуансонов и матриц для проведения четырех последовательных операций при изготовлении тонкостенного цилиндра небольшого диаметра.

Первый штамп (рис.1, а) устанавливается на прессе двойного действия и предназначен для комбинированной вырубки кружка и свёртки колпачка. Остальные три штампа - б, в, г производят вытяжку с утонением.

Первая операция (вырубка и вытяжка) производится обычно с автоматической подачей материала, причем за один рабочий ход получается несколько колпачков, так как используются многопуансонные штампы.

Рис. 2. Последовательность работы комбинированного штампа для вырубки и вытяжки к прессу двойного действия

Последовательность работы такого штампа показана на рис. 2. На рисунке обозначены: 1 - вырубной пуансон; 2 - вытяжной пуансон; 3 - матрица. Вытяжка (свертка) производится без прижима заготовки.

На штампах вытяжки с утонением стенок обязательно предусматриваются специальные съёмники, сбрасывающие колпачок с пуансона 2 при обратном ходе ползуна.

При вытяжке с утонением изделий среднего и большого диаметров применяются специальные крючковые съёмники.

Рис. 3. Конструкции рабочей части пуансонов для вытяжки с утонением

На рис.3 представлена конструкция рабочей части пуансонов для вытяжки с утонением. Пуансоны для этой операции должны иметь конусность не менее 0,02 - 0,04 мм на высоту изделия для первых операций и ещё большую (не менее 0,06 мм) для последующих операций. При отсутствии конусности съём изделия с пуансона после вытяжки будет очень затруднителен. Пуансоны изготавливаются из сталей марок ХВГ и Х12М и после термообработки иметь твердость НRC 60 - 64. После шлифования рабочие части пуансонов полируются, хромируются, глянцуются. Они не должны иметь царапин и других дефектов, видимых невооруженным глазом.

Рис. 4. Конструкции матриц для вытяжки с утонением

На рис. 4 представлена конструкция матрицы для второй и последующих вытяжек с утонением материала. Рабочая часть их представляет конус с двойным углом конусности 2б в пределах от 6є до 30 є. Часто вытяжные матрицы изготовляются из сверхтвердых сплавов (победита) в виде вкладышей, запрессованных в стальные колодки. Такие матрицы обладают большей стойкостью, чем из инструментальной стали.

Вытяжка осуществляется как в одной, так и в двух матрицах.

Если вытяжка идет через две матрицы, то ставить их следует на таком расстоянии друг от друга, чтобы процесс вытяжки закончился в первой и не начинался во второй. Иначе появляются дополнительные напряжения, что вызывает трещины. Обычно такая вытяжка идет с сильным изменением механических качеств: ув = 380 - 330 МПа.

После вытяжки ув = 750 - 800 МПа (латунь) и ув = 110 - 120 МПа (сталь). При этом материал теряет пластичность. Поэтому изделие отжигают после каждого перехода. вытяжка утонение цилиндрический изделие

3. Определение размеров заготовки при вытяжке с утонением материала

Размеры заготовки для получения деталей вытяжкой с утонением стенки определяют объёмным методом из условия равенства объемов заготовки и вытягиваемой детали, принимая при этом, что толщина донышка не изменяется.

1. Определение размера заготовки при вытяжке цилиндра, у которого дно и боковые стенки имеют разную толщину.

В этом случае исходят из равенства объёмов изделия V? и заготовки V, то есть V? = V, так как S??S и F??F.

Диаметр заготовки определяется по формуле:

D = d2 + 4dcp.·(h + h?) · (S?/S), где:

dcp - средний диаметр цилиндра;

h - внутренняя высота цилиндра;

h? - припуск на подрезку края;

S - толщина дна;

S? - толщина стенки

2. Определение размера заготовки при вытяжке изделия, представляющего тело вращения, образованное из произвольного числа простых объемов.

Диаметр заготовки определяется по формуле:

D = (4/(р · S)) ·У Vi

4. Определение числа и последовательности операций при вытяжке цилиндрических изделий с утонением материала

Есть два способа вытяжки с утонением:

- первую операцию (свёртку) производят без утонения, а последующие вытяжки с утонением;

- с первой операции вытяжка ведется с утонением.

Утонение стенок осуществляется заданием такого зазора между пуансоном и матрицей, величина которого меньше толщины поступающей на вытяжку детали.

Расчёт числа операций при вытяжке с утонением производят исходя из допустимой степени деформации (или допустимого утонения стенок) на одну операцию. Допустимая толщина определяется прочностью материала при выходе его из цилиндрического пояска матрицы.

Так как при вытяжке с утонением стенок одновременно с уменьшением диаметра происходит резкое уменьшение толщины стенки, то степень деформации в этом случае определяют не по изменению диаметра, а по общему изменению площади поперечного сечения детали во время вытяжки.

Существуют два метода определения деформации:

1. Кр = (F0 - F1) / F0)) · 100%

или приближённо

Кр = (S0 - S1) / S0)) · 100%

2. Кф = (F0 - F1) / F1)) · 100% = (h1 - h0) / h0)) · 100%

или приближённо

Кф = (S0 - S1) / S1)) · 100%

где: F0 - площадь поперечного сечения цилиндрической заготовки до вытяжки;

F1 - площадь поперечного сечения цилиндрической заготовки после вытяжки;

S0 и S1 - соответственно толщина стенки полой заготовки и изделия;

h0 и h1 - высота изделия до и после вытяжки.

Максимальную степень деформации К задают на первой операции, а минимальную - на последней. Для предварительного определения числа вытяжек принимают эти степени деформаций одинаковыми, то есть К1 = К2 = … = Кn = Кср, где Кср - допустимая степень деформации за одну вытяжку.

Если степень деформации определяется первым способом (при первой вытяжке-свёртке без утонения), то число переходов для вытяжки определяют по формуле:

n = (lgFn - lgF0) / (lg(1 - Кср))

При окончательном расчёте вытяжных операций, предусматривают, чтобы степень деформации (вытяжки) от первого перехода к последнему постепенно уменьшалась, то есть: К1 > Кcp > Кn

Таблица 1 Значения допустимых деформаций при вытяжке с утонением

Если степень деформации определяется вторым способом (при первой вытяжке-свёртке с утонением), то дополнительно учитывается степень деформации на первой вытяжке-свертке из соотношения К0 = (Fзаготовки - F0) / Fзаготовки)) · 100%

Fзаготовки = р · Dзаготовки · S

Далее находят число операций по формуле:

n? = (lgFn - lgFзаготовки) / (lg(1 - Кср))

А также степень деформации можно определить по формулам:

5. Определение усилия вытяжки с утонением материала

Усилие, необходимое для такой вытяжки, можно определить по формуле М.И. Свердлова:

Рут. = ан · ут · (1 + µ · сtgб) · (Fn-1 - Fn) + µ · р · Dм · h · ут, кг

где: ан - коэффициент неравномерности деформации, равный еs / еd,

еs = S0 / S1 - коэффициент изменения толщины стенок;

S0 / S1 - толщина стенки до и после вытяжки;

еd = d0 cp. / d1 cp. - коэффициент изменения среднего диаметра;

ут - предел текучести упрочненного металла, кг/мм2;

µ - коэффициент внешнего трения;

б - половина угла конусности матрицы;

Fn-1, Fn - площади поперечного сечения полуфабриката до и после вытяжки в мм2;

Dм - диаметр вытяжной матрицы, мм;

h - высота цилиндрического пояска вытяжной матрицы, мм.

Формула учитывает наибольшее число факторов, участвующих в процессе вытяжки: вид материала и его упрочняемость, степень деформации, конструкцию матрицы, трение, учет неравномерности деформации, фактор трения в цилиндрическом пояске матрицы.

Формула даёт отклонение от опытных данных в пределах 4 - 10%, что вполне допустимо при её практическом использовании.

Для определения усилия вытяжки с утонением материала при толщине стенок более 3мм, используется формула Попова Е.А.:

Рут. = 1,2Fn · (A + µk / tgб)· ут · ln(Fn-1 / Fn), кг.

где: А = 1/cosб + µ/sinб - µk / tgб

k = dп/xcp; хср. = Dзаг - Dм / 2;

Dзаг - наружный диаметр заготовки (колпака) до вытяжки, мм;

dп - диаметр пуансона, мм.

Рис. 4. Схема напряженного состояния элемента заготовки при вытяжке с утонением металла

Список литературы

1. Зубцов М.Е., Технология холодной щтамповки. Ленинградское отделение Машгиза, 1950 - 455с.

2. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977. - 423 с.

3. Гречников Ф.В. Деформирование анизотропных материалов. М.: Машиностроение, 1998. - 446 с.

4. Яковлев С.П., Яковлев С.С., Андрейченко В.А. Обработка давлением анизотропных материалов. Кишинев: Квант. 1997. - 331 с.

5. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением / В.Л. Колмогоров. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2001. - 836 с.

Размещено на Allbest.ru