Вытяжка

Это процесс который характеризуется следующей схемой напряженно деформированного состояния.

Рисунок 34 - Характерная схема напряженно-деформированного состояния при вытяжке.

Способы характеризующие процесс вытяжки многочисленны и их можно разделить

- Способы применения

- Способы вытяжки с точечным приложением нагрузки

- Инструментальный

- Гидромеханического воздействия

- Способ вытяжки с пульсирующим применением

- С прижимом или без прижима

1 – пуансон, 2 – прижим, 3 – матрица, 4 – заготовка (деталь).

Рисунок 35 - Схема с последующей операции вытяжки.

1 – пуансон, 2 – прижим, 3 – выталкиватель, 4 – контейнер, 5 – эластичная среда,

Рисунок 36 - Схема вытяжки эластичной средой.

Принцип работы: в исходном положении контейнер поднят вверх, прижим на уровне торца пуансона. Устанавливается заготовка на прижим и на пуансон на уровне торца. При опускании контейнера вниз, при деформации в нём создаётся давление, однако процесс вытяжки наступает не сразу, а при достижении определенного давления, рассчитанного из условия устранения гофрообразования. При определенном давлении эластичная среда преодолевает усилие сопротивления создаваемое прижимом. Это усилие создается заранее до момента деформации с помощью буферных устройств стационарного или универсального типа. Способ позволяет увеличить коэффициент вытяжки за счет Способ хорош или эффективен для многократного производства, снижает себестоимость изготовления.

Способы вытяжки используемые в давильной обработке.

1 – заготовка, 2 – прижим, 3 – давильник, 4 – пуансон,

Рисунок 37 - Схема вытяжки эластичной средой.

Способ гидромеханической вытяжки.

1 – пуансон, 2 – прижим, 3 – контейнер, 4 – жидкость,

5 – предохранительный клапан

Рисунок 38 - Схема гидромеханической вытяжки.

Преимущества:

1. Наличие активных сил трения цилиндрической части пуансона.

2. Отсутствия сил трения между заготовкой и матрицей за счёт гидродинамического слоя.

Способ применяется для труднодеформированных материалов (коэффициент вытяжки доходит до 50%).

Способ вытяжки с пульсирующим прижимом.

При поднятом прижиме и движении пуансона вниз образуются гофры на фланцах, затем при одновременном опускании пуансона и прижима происходит выправление гофров и избыточный металл перемещается вместе с пуансоном в очаг матрицы.

1 – пуансон, 2 – прижим, 3 – матрица, 4 – заготовка,

5 – предохранительный клапан

Рисунок 39 - Схема гидромеханической вытяжки.

Механизм процесса вытяжки.

Рассмотрим самую первую схему. Процесс вытяжки условно можно разбить

на 3 стадии: упругой стадии и начального деформирования; стадии установившегося процесса; стадии заключительного процесса.

Рисунок 40 - Стадия процесса вытяжки.

ОС - участок начала процесса, на нём пластическая деформация начинается на свободном участке . Остальные участки деформируются упруго. Процессу деформирования мешают силы трения и изгиб. По мере опускания пуансона вниз свободный участок деформируется, упрочняется и становиться способным втягивать в очаг прилежащие к нему элементы.

Наступает момент, когда вся заготовка деформируется пластически при этом усилие растет на участке , несмотря на то что фланец заготовки по объему заготовки уменьшается. Это объясняется фактором упрочнения, который преобладает над фактором уменьшения площади, однако возникает тот момент их равновлияния. Усилие достигает максимума. Далее фактор уменьшения площади фланца преобладает и усилие падает до 0. При этом та часть заготовки, которая контактирует с пуансоном деформируется упруго.

Рассмотрим схему напряженно деформированного состояния. Заготовку можно разбить на несколько участков.

Участок ab - характерный участок, который присущ вытяжке.

Участок be - участок радиусного закругления матрицы.

На этом участке происходит утонение заготовки.

Участок cd - цилиндрический участок.

Участок de и ef- участки радиусных закруглений пуансона.

Рисунок 41 - Схемы напряжѐ нно-деформированного состояния заготовки при вытяжке по участкам

Определение основных технологических параметров вытяжки.

К ним относятся:

- Форма и размеры заготовки

- Усилие вытяжки, усилие прижима

- Число переходов при вытяжки

- Предельный коэффициент вытяжки

1. Форма и размеры заготовки.

Всегда прежде, чем определять размеры нужно всегда задаться формой заготовки (круг, прямоугольник, элепс). Выбор формы заготовки основывается на двух взаимнопротивоположных положениях:

- Стремиться к наибольшему коэффициенту использования материала. Самый большой коэффициент использования является заготовка в виде прямоугольника.

- Форма заготовки должна облегчать процесс вытяжки. Для осесиметричных деталей это круг, для прямоугольного сечения это квадрат.

Анализ схемы напряженного состояния показывает, что деформация по толщине образующей имеет разные знаки.

Рисунок 42 - Схема напряженного состояния

площадь элементарных плоскастей

2. Определение усилий, напряжений и деформации при вытяжке.

Наиболее просто определяется напряжение деформации для кромки заготовки деформируемой на фланце. Знать напряжения и деформации на фланце необходимо, так как он является основным участком сопротивления.

Рисунок 43 - Схема напряженного состояния сжатия на кромке

На кромке действует линейная схема напряженного состояния сжатия. Приняв эту модель, считая материал изотропным можно считать, что две другие деформации равны и противоположны по знаку главной деформации сжатия.

Если есть упрочнения:

Определим напряжения деформации по всему фланцу, для этого будем использовать уравнение связи напряжения деформации, изотропный материал. Средняя толщина детали равна средней толщине заготовки. Напряжение деформации относится к срединной поверхности. Основой решения является связь между напряжениями и деформациями

(7)

В уравнении (7) соотношение напряжений не учитывается.

Рисунок 44 - Схема без упрочнения и сил трения

Если учесть упрочнения фланца, трения между заготовкой и прижимом, трения на радиусе закругления матрицы и дополнительное напряжение от изгиба по матрице эта схема будет такой

Рисунок 45 - Схема с учетом упрочнения и трения

Трение по ребру матрицы мы учитываем по закону Эйлера.

Определение усилия прижима.

Прижим устраняет гофрообразование.

q растет, если уменьшается, а растет.

Эпюры напряжений деформации при вытяжки.

Рисунок 46 - Эпюры изменения напряжений и деформаций на фланце при вытяжке

Особенности вытяжки детали с фланцем.

Различают деталь с широким и узким фланцем

Если выполняется это условие, то с узким фланцем. Если выполняется это условие, то все расчеты идут, как для цилиндрической детали без фланца.

Если не выполняется, то с широким фланцем

ОБЖИМ

Обжим характеризуется своей схемой напряженно деформированного состояния

Рисунок 47 - Характерная схема напряжѐ нно-деформированного состояния при обжиме

Виды обжима:

1. Продольный

Рисунок 48 - Схема продольного обжима

2. Попечечный

1 – верхний боёк, 2 – нижний боёк, 3 – труба.

Рисунок 49 - Схема поперечного обжима.

Рисунок 50 - Схема поперечного обжима (вид А-А).

Особенности поперечного обжима в отсутствии равнодействующих сил трения. Активные и реактивные силы уравновешиваются. Поперечный обжим применяется для длинноконусных деталей с углом α не более 60°.

Определение напряжений и деформации.

Рисунок 50 - Схема обжима.

Используем инжинерный метод решения

(2)

С учетом упрочнения с учетом трения

тангенсальная деформация в среднем очаге

Используя уравнение связи, мы получим

Рисунок 51 - Эпюры напряжений и деформаций при обжиме трубной заготовки с учетом и без учета трения

Определение технологических параметров при обжиме.

К ним относятся:

- Форма и размеры заготовки.

- Усилие процесса.

- Количество переходов.

1. Форма заготовки соответствует цилиндрической части (упруго деформируемой)

Размеры заготовки: толщина и диаметр равны толщине и диаметру цилиндрической части. Высота определяется из условия равенства объемов.

2. Усилие процесса определяется из условия равенства внешних и внутренних сил.

Рисунок 52 - Усилие равенства внешних у внутренних сил при обжиме

3. определение числа переходов.

1 – матрица, 2 – оправка, 3 – заготовка.

Рисунок 53 - Схема обжима.