Расчет осадки при деформации

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Сущность процесса свободной ковки

Свободная ковка представляет собой процесс пластической деформации нагретого до определенной температуры металла, происходящей под действием последовательных ударов бойка молота или под давлением пресса. В результате металл неограниченно течет во все стороны в пространстве между бойками и принимает форму заданной поковки. В большинстве случаев поковка служит, заготовкой для дальнейшей механической обработки. Ковка не только изменяет форму и размеры обрабатываемого металла, но и способствует улучшению его структуры и механических свойств. Она измельчает и уплотняет зерна, устраняет внутренние раковины и пузыри. Свободная ковка обычно применяется для получения единичных поковок различной формы и размеров, а также при изготовлении небольших партий поковок. Она подразделяется на ручную и машинную.

1) Ручная ковка выполняется путем нанесения последовательных ударов инструментом по металлу, лежащему на опорной площади наковальни. Она применяется редко, обычно в единичном производстве и при изготовлении мелких поковок для ремонтных работ. Исходным материалом для ручной ковки служит прокат круглого или прямоугольного сечения. При ручной ковке, обрабатываемый исходный металл удерживают на наковальне клещами разнообразной формы и размеров. Молотобоец наносит сильные удары кувалдой по тем местам заготовки, на которые указывает кузнец легкими ударами ручника. При ручной ковке применяется различный подкладной инструмент: пробойники-бородки, зубила, гладилки, обжимки и др.

2) Большее применение имеет машинная ковка, при которой заготовку укладывают на нижний боек ковочного молота или пресса, а деформация обрабатываемого металла осуществляется, с помощью ударов верхнего подвижного бойка молота или под давлением пресса. Исходным материалом при машинной ковке служит прокат (для получения мелких и средних поковок), а также стальные слитки разного веса или специальные катаные кузнечные заготовки (для получения крупных поковок).

Различают бойки плоские и фасонные. Подкладными инструментами при машинной ковке являются обжимки (для отделки цилиндрических и граненых поверхностей), пережимки (для образования углублений), раскатки для местной вытяжки), топоры (для рубки), прошивки (для обработки отверстий). Поковки удерживаются клещами.

Основные операции свободной ковки.

В зависимости от формы и размеров изготавливаемой поковки могут применяться различные ковочные операции. Наиболее характерными являются: осадка, протяжка, гибка, прошивка, рубка, кузнечная сварка.

При осадке уменьшается высота заготовки и за счет этого увеличивается поперечное сечение. При этом возможна полная осадка всей заготовки и неполная, когда осаживается только одно место заготовки (например, головка болта). Неполная осадка обычно называется высадкой.

Протяжка предназначена для увеличения длины заготовки за счет уменьшения ее поперечного сечения. Она выполняется путем многократного обжатия заготовки от ее середины к краям ударами молота по подбойке или между бойками ковочного молота. При этом после каждого обжатия заготовка поворачивается вокруг своей оси на 90 и 180°.

При протяжке механические свойства поковки повышаются в продольном направлении. Если требуется, чтобы поковка имела высокие качества во всех направлениях, то она сначала осаживается, а затем протягивается. деформация ковка осадка напряжение

Гибка предназначена для придания заготовке изогнутой формы по заданному контуру. Приемы выполнения операции зависят от формы и размеров заготовки. Загибание малой поковки производится на роге наковальни. Полосовая заготовка небольшого сечения укладывается между верхним и нижним бойками молота и загибается с помощью ударов кувалды, а заготовка большого сечения -- в подкладном штампе с помощью раскатки.

Для получения отверстия в поковке последнюю нагревают, укладывают над отверстием в наковальне и по установленному сверху пробойнику наносят удары. Операция называется прошивкой. Отверстие пробивается сначала с одной стороны заготовки; затем окончательно с другой. Большое отверстие в толстой заготовке получают в два приема: сначала его пробивают малым пробойником, затем расширяют большим.

Рубка служит для разделения заготовки на части. Заготовка надрубается зубилом (топором) с одной стороны, затем поворачивается на 180° и отрубается.

Кузнечная сварка применяется для соединения металлических частей. Места сварки нагреваются до определенной температуры, затем свариваются частыми и несильными ударами кувалдой либо ковочными молотами или прессами. В зависимости от формы свариваемых частей различают сварку встык, в паз и внахлестку.

2. Задание

Рассчитать усилие необходимое для осадки полосы бесконечной длины. Построить эпюры контактных напряжений.

Данные 1 варианта: марка стали 08 КП

требуемая ширина полосы (после осадки): а = 140 мм

первоначальная высота (до осадки): = 40 мм

конечная высота (после осадки): = 23 мм

коэффициент контактного трения: f = 0,35

температура осадки: t = 1060 °С

скорость осадки: =



3. Расчёт усилия осадки

Определение геометрического очага деформации

Дано: марка стали 08 КП ; а = 140 мм; = 40 мм; = 23 мм; = 0,35; t =1060°С; =.

Очагом деформации при осадке является вся полоса, так как она осаживается одновременно и полностью. Поскольку длина полосы бесконечна, то рассмотрим поперечное сечение полосы.

Оси координат расположим, как показано на рисунке 4. Из рисунка видно, что ось z направлена по высоте заготовки, т.е. по направлению активной силы. Ось у, направленная по длине заготовки, перпендикулярна плоскости чертежа.

Штриховой линией на рисунке показано поперечное сечение полосы до осадки, сплошной - после осадки.

Коэффициент высотной деформации:

не превышает 2

Относительная деформация:

Определение сопротивления металла деформированию

Сопротивление металла деформированию в точке деформируемого тела равно интенсивности напряжений в этой точке, достаточной для осуществления пластической деформации при заданных условиях взаимодействия тела и инструмента.



где - коэффициент, учитывающий влияние среднего главного напряжения (для плоского деформированного состояния = 1,15);

- истинный предел текучести.

где - сопротивление деформированию в линейном напряжённом состоянии;

;

- термомеханический коэффициент, учитывающий влияние обжатия, для стали 08 КП при ;

- термомеханический коэффициент, учитывающий влияние температуры, для стали 08 КП при : ;

-термомеханический коэффициент, учитывающий влияние скорости деформирования, для стали 08 КП при :.

МПа

МПа

Определение контактных напряжений

ВАРИАНТ №1:

и



и

А) Участок возрастания касательных напряжений («зона скольжения»).

Касательные напряжения пропорциональны нормальному напряжению:

.

Они изменяются от , при мм, до , при мм ().

Нормальные напряжения выражаются показательной функцией:

.

При мм:

МПа;

МПа;

При мм:

МПа

МПа;

При мм:

МПа;

МПа.

При мм:

МПа;

МПа.

В) Участок постоянства касательных напряжений («зона торможения»).

Эта зона находится от мм, до мм

Касательные напряжения имеют постоянную величину:

Нормальные напряжения меняются по линейному закону:

;

При мм:

МПа

При мм:

МПа;

С) Участок снижения касательных напряжений («зона прилипания»).

Эта зона находится от мм, до

Касательные напряжения снижаются по линейному закону:

Максимальное значение мм:

МПа;

Минимальное значение мм:

Нормальные напряжения изменяются по параболическому уравнению:

;

При мм

При мм:

МПа;

При мм:

МПа.

и

Принимаем мм

А) Участок возрастания касательных напряжений («зона скольжения»):

от мм, МПа

до мм

Нормальные напряжения выражаются показательной функцией:



От МПа, при мм;

До МПа, при мм

При мм:

МПа

Касательное напряжение

от МПа;

до МПа;

При мм:

МПа

МПа;

С) Участок снижения касательных напряжений («зона прилипания»)

от мм, МПа;

до мм, МПа.

От МПа, при мм

до МПа, при мм.



При мм:

МПа;

Касательные напряжения снижаются по линейному закону:

от МПа, при мм;

до МПа, при мм

и Принимаем мм:

С) Касательное напряжение падает от максимальной абсолютной величины до нуля.

От мм, до мм.

От МПа, при мм.

До МПа, при мм.

При х=45 мм

МПа

При х=15 мм

МПа

Касательное напряжение:



от МПа, при мм;

до МПа, при x=0 мм

При х=45 мм

МПа

и

мм,, а

В) Участок постоянства касательных напряжений («зона торможения»).

Эта зона будет находиться от мм, до мм.

Касательные напряжения имеют постоянную величину.

от МПа, при мм;

до МПа, при мм.

При мм:

МПа;

Касательное напряжение:

МПа.



С) Участок снижения касательных напряжений («зона прилипания»).

Эта зона будет находиться от мм, до мм.

Нормальные напряжения изменяются по параболической кривой по уравнению:

от МПа, при мм;

до МПа, при мм.

При х=15мм;

МПа;

При х=10мм;

МПа;

Касательное напряжение:

от МПа, при мм;

до МПа, при мм

При и , существует один участок: касательное напряжение МПа и нормальное напряжение постоянно и равно МПа.

Определение энергосиловых параметров процесса

Определение энергосиловых параметров процесса составляет одну из главных задач теории ОМД, т.к. они являются основными критериями, по которым проектируют оборудование и разрабатывают технологические процессы.

При разработке технологических процессов ОМД необходимо знать усилия, которые нужно приложить к деформируемому телу для преодоления сопротивления металла деформации и трения на поверхности контакта металла с инструментом.

При расчётах величину усилия деформирования находят как произведение среднего контактного нормального напряжения (контактного давления) на площадь соприкосновения металла с инструментом .

Зная распределение нормальных напряжений на контактной поверхности, можно определить полное усилие, интегрируя выражение в пределах каждого участка, суммируя эти интегралы и умножая на длину полосы .

Для определения одномоментных энергосиловых затрат на осадку произведем расчет необходимых для деформации удельных давлений для всех вариантов. и

и



МПа

и

Принимаем мм

и

Принимаем мм:

и

мм, ,а



В итоге получили удельное давление, по которым затем проектируют оборудование и разрабатывают технологические процессы для осадки полосы бесконечной длины марки стали 08 КП, требуемой ширины 140мм, с первоначальной высоты 40 мм на конечную высоту 23 мм при коэффициенте контактного трения 0,35 для варианта №1, с первоначальной высоты 50мм на конечную высоту 23мм при коэффициенте контактного трения 0,35 для варианта №2 , с первоначальной высоты 75мм на конечную высоту 23 мм при коэффициенте контактного трения 0,35 для варианта №3, с первоначальной высоты 40мм на конечную высоту 23мм при коэффициенте контактного трения 0,55 для варианта №4, с первоначальной высоты 40 мм на конечную высоту 23 мм при коэффициенте контактного трения 0 для варианта №5 при температуре осадки 1060°С и скорости осадки .



Вывод

В данной работе я рассчитал, как будут меняться при осадке касательные и нормальные напряжения. На основе расчетов построил эпюры этих напряжений, состоящих из трех участков: «зона скольжения», «зона торможения» и «зона прилипания». Максимальные значения нормальных напряжений действуют в центре поверхности контакта осаждаемого образца с инструментом ().

Также нашёл удельную силу , которое нужно приложить при деформировании тела для преодоления сопротивления металла деформации и преодоления на поверхности контакта металла и инструмента.

При увеличении высоты обжимаемой заготовки (вариант №1=40мм, вариант №2=50мм, вариант №3=75мм) происходит уменьшение значений и .

На краю контактной поверхности образца с инструментом значения нормальных напряжений не изменяется, а чем ближе к центру, тем больше интенсивность изменения при увеличении . При изменении значения касательные напряжения происходит исчезновение некоторых зон на эпюре.

При силе трения происходит выравнивание нормальных напряжений на эпюре, а при увеличении значения эпюра выгибается в середине.



Список используемой литературы

1) М.В. Сторожев, Е.А. Попов «теория обработки металлов давлением». Издательство «высшая школа», М. 1963 г.

2) Н.П. Громов «теория обработки металлов давлением». Издательство «Металлургия», М. 1978г.

3) Методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине «Теория обработки металлов давлением» для студентов специальности 150106 «Обработка металлов давлением» всех форм обучения. Магнитогорск МГТУ, 2012, 36с.

Размещено на Allbest.ru