CC BY
38
А.А. Пасынков, В.А. Андрейченко, Э.А. Иванова (Тула, ТулГУ)
О ВЛИЯНИИ ГЕОМЕТРИИ ОБЛОЙНОЙ КАНАВКИ НА СИЛОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРИ ОТКРЫТОЙ ШТАМПОВКЕ УДЛИНЕННЫХ В ПЛАНЕ ПОКОВОК НА КГШП
Приведены результаты теоретического исследования, в результате которого установлено влияние геометрических параметров облойной канавки на силовые режимы и ппеделъные возможности формоизменения при открытой штамповке.
Горячая штамповка в открытых штампах широко пригнется в кузнечных цехах при изготовлении значительной номенклатуры удлиненных в плане поковок. Процесс деформации можно представить в виде трех основных этапов: осадка заготовки, заполнение полости ручья и доштамповка поковки с вытеснением избыточного метала в облойную канавку. На стадии доштамповки деформационная сила достигает максимального значения, причем составляющая, идуща на деформацию метала в облойной канавке, характеризуется значительной величиной. Варьируя рам еры мостика облойной канавки штампа (Hq, Öq ), можно в довольно широких пределах изменять эту
состав ля юшую, в зависимости от давлен и в полости ручья.
Для улучшения заполняемое™ полости ручья требуется уменьшать высоту мостика облойной канавки Hq или увеличивать его ширину. Однако это изменение параметров мостик будет сопровождаться возрастанием потребной силы штамповки и может привести к значительному увеличению нагрузки пресса и упругой деформации его узлов. Поэтому целесооб-рано использовать облойные кнавки с ошимшьным соотношением их геометричес ких параметров.
При штамповке напряжения в очаге деформации растут неравномерно, увеличиваясь от периферии к центру. У мостика облойной канавки на коротком участке отмечается также возрастание напряжений, а затем интенсивность их роста уменьшается. Наиболее близкой к действительной и подтверждаемой экспериментально является линзообрана форма очага деформации. Искажение координатной сетки в меридиональной плоскости заготовки свидетельствует, что очаг интенсивной деформации в центральной части соответствует приблизительно этой линзообразной форме, в то время, как периферийна зона имеет вид плоских кольцевых участков.
Для определения силовых параметров процессов, близких к осуществлению плоской деформации, используются кинематически возможные поля скоростей, состоящие из жестких блоков. Такие поля скоростей можно использовать и для оценки силовых параметров в момент окончательного заполнения полости штампа - в момент доштамповки. Применение метода верхней оценки для анаиза напряженно-деформированного состояния и силовых параметров процесса штамповки в открытых штампах
может позволить определить оптимальные геометрические параметры элементов облойной канавки.
Для этого анлиза было принято поле скоростей, представленное на рис. 1, а, которое достаточно хорошо соответствует экспериментаьно наблюдаемой форме очага деформации и содержит один варьируемый параметр х в физической плоскости, определяемый точкой пересечения линий скольжения. На рис. 1, б представлен соответствующий годограф скоростей.
б
Рис. 1. Разрывное поле (а) и годограф скоростей (б)
Накопленная интенсивность деформаций Г будет определяться по выражению
г = Еу
]
Н2 +х2 НЬ + хИ (ь2 -2Ьх + х2 + Н2-2НИ + И2
Нх
■ +
х
Ь - х )НЬ + хк)
■ +
Ь2 -2Ьх + х2 +к 2 к Ь2 +к 2
+-----------------+------+ ■
(1)
(Ь-х )2 Ь -х кЬ
На основании б аанса мощностей внешних и внутренних сил могут быть определены силовые параметры процесса:
Р --------ЬИН2Ь + х2ИЬ - 2НИ2х + Н1? - 2НЬ2 х + НЬх2 + ЪНЬИ2 - х3И +
_1_ -> и \
2к 2Ь +2Ь
+ НЬЬ 2 - НхЬ2 + Ь2цНЬ + ЬцНЬ2 - НцЬ 2х - НхцЬЬ),
(2)
где ц - коэффициент трения.
Результаты расчета силовых параметров представлены в виде графиков на рис. 2. Полученные зависимости свидетельствуют, что с умень-
89
шением отношения И /Н и увеличением ширины мостика Ь / Н удельная сила р /2к возрастает.
А
0,02
0,04
0,06
0,08
>-
А Н
Рис. 2. Зависимость относительной силы штамповки р / 2к
от высотыг облойной канавки И / Н:
1- Ь / Н =0,1 ;2- Ь / Н = 0,2 ;3 - Ь / Н = 0,3
Оценка предельных возможностей формоизменения процесса бокового выдавливания была получена на основе исследования поврежденно-сти материала. Поврежденность метала со может быть определена [2] как
где Лр - степень деформации сдвига в момент макроразрушения; Л - степень деформации сдвига, накопленная материальной частицей в процессе деформации; а - покаатель пластического рарыхления.
Степень деформации в момент макрорарушения может быть аппроксимирована [2]:
где Хі, *і их2, *2 " коэффициенты, соответствующие опытам при = -1
и = 0.
Лр=[Х2 “(її-Х2)м-а]ехР (2 " (1 "*2)м<у)^7 ,
Для определения параметра а, характеризующего модель пластического разрыхления материала при различном напряженном состоянии, использовалась зависимость [2]
а
■ ао ехр
г _\
1 + 0,238-
V
Т
а
где ао - показатель пластического разрыхления при — = 0.
Результаты приведенных расчетов представлены в виде графических зависимостей (рис. 3) изменения максимальной величины повреж-денности от величины к / Н при фиксированных значениях ширины мостика Ь / Н для стали 45. Анализ данных графических зависимостей показывает, что с уменьшением отношения к / Н и увеличением относительной ширины мостика Ь / Н имеет место резкое возрастание поврежденности материала поковки ю , которое может оказаться особенно нежелательным при штамповке поковок из некоторых цветных металлов и сплавов, так как приведет к разрушению в периферийной области очага деформации в момент до штамповки.
ЫН
а
б
Рис. 3. Зависимость относительной повреждаемости юе
от высоты облойной канавки Н / Н (а) и ширины мостика (б):
1 - Ь / Н = 0,1 ;2-Ь / Н = 0,2 ;3-Ь / Н = 0,3
Проведенный приближенный теоретический анализ силовых режимов штамповки удлиненных в плане поковок позволяет установить влияние геометрических параметров облойной канавки на величину удельной силы штамповки и поврежденность материла. Полученные результаты могут
быть использованы при разработке технологических процессов штамповки и проектировании инструмента с рациональной геометрией мостика об-лойной канавки, обеспечивающей снижение силовых параметров штамповки и повышения качества поковок.
Библиографический список
1. Алюшин Ю.А. Теория обработки металлов давлением. Метод верхней оценки и его применение при решении задач обработки металлов давлением / Ю.А. Алюшин. - Ростов-на-Дону, 1977. - 85 с.
2. Богатов А.А. Ресурс пластичности металлов при обработке давлением /А.А. Богатов, О.И. Мижирицкий, С.В. Смирнов. - М.: Металлургия, 1984. - 144 с.
Получено 24.10.08.
УДК 621.771
И.А. Гусев, А.Е. Г воздев, Н.Е. Стариков, О.В. Кузовлева (Тула, ТулГУ)
СОСТОЯНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ И СВЕРХПЛАСТИЧНОСТИ СТАЛЕЙ И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ ИЗДЕЛИЙ
Состояние механической нестабильности обусловлено снижен ем прочностных свойств (предела упругости, предела пропорциональности и сопротивления пластическому деформированию) в результате уменьшения сил связи между атомами и повышения диффузионной подвижности.
При исследовании фазового превращения полиморфных металлов и ж сплавов неоднократно наблюдались сопровождающие эти превращения диффузионные максимумы. Эти явления можно связать с началом процесса фазовой перестройки решётки, а величину диффузионных пиков - с различной дисперсностью структурных и фазовых составляющих. На рис. 1 приведена температурная зависимость коэффициента диффузии в стаи 35ХГС.
При переходе через критические точки наблюдается также скачкообразное изменение теплоёмкости и других свойств стаей. Вблизи точек фазового превращения помимо такого явления, как аномаьная диффузионная подвижность, проявляется и эффект сверх пластичности.
