![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Формование
Процессы формования (гибка, обтяжка, формовка и др.) наиболее широко применяются для изготовления деталей планера из листов, профилированных плит, профилей и тонкостенных труб.
Гибка
К гибке относят все процессы формообразования детален одинарной кривизны, основанные на упругопластическом изгибе внешними нагрузками листовой, профильной или трубчатой заготовки. Как известно, форма и размеры поперечного сечения заготовки в процессе изгиба изменяются.
Рис. 68. Деформации и напряжения при гибке.
Если заготовка узкая, т. е. ее ширина b соизмерима с высотой δ (рис. 68. а), деформированию материала в аксиальном направлении (в направлении оси z) почти нет препятствий. Поперечное сечение заготовки в результате деформирования приобретает форму, схематически изображенную на рис. 68, б; нормальные напряжения в аксиальном направлении при этом практически отсутствуют. При изгибе широкой заготовки (пластины или листа) деформации на всей ее ширине, за исключением участков, непосредственно прилегающих к концам, стеснены. Вследствие этого в аксиальном направлении возникают нормальные напряжения, которые вызывают искривление сечения детали в плоскости yz и приводят к образованию «седловины» (рис. 68, в). Исследуя процесс гибки, принимают, что главные оси напряжений и деформаций совпадают соответственно с радиальным (по радиусу кривизны), тангенциальным (касательным к кривой) и аксиальным направлениями (рис. 68, а). Отсюда следует, что касательные напряжения на площадках, нормальных к этим направлениям, отсутствуют. Теоретический анализ в этом случае значительно упрощается. Весьма часто пренебрегают также напряжениями аи, вызываемыми надавливанием волокон друг на друга, и напряженно-деформированное состояние в случае σ /δ > 3—5 условно считают линейным, т. е. при анализе изгиба учитывают только тангенциальные напряжения и деформации. При больших пластических деформациях, как и при малых, остается справедливой гипотеза плоских сечений, согласно которой сечение, плоское до деформации, остается таковым и течение всего процесса изгиба. Это дает возможность легко выразить тангенциальную деформацию растяжения (сжатия) еx в любой точке (рис. 68, а) через радиус кривизны изгибаемого элемента и расстояние рассматриваемой точки до нейтрального слоя, представляющего собой совокупность материальных точек, в которых деформации в тангенциальном направлении отсутствуют: Приняв приближенно, что нейтральный слой расположен по середине толщины заготовки, получим (без существенной погрешности в определении деформации при σ /δ ≥ 3-5 где еxн, еxв —истинные деформации наружной и внутренней поверхностей заготовки; q= σ /δ относительный радиус изгиба; q -радиус кривизны срединной поверхности до снятия внешней нагрузки; δ — толщина заготовки. Из выражения следует, что величина деформации периферийных поверхностей детали определяется относительным радиусом изгиба q. Для деформируемых материалов (алюминиевых сплавов и сталей) qmin= 2÷ 7. При несоблюдении этого условия наружная поверхность заготовки в процессе изгиба разрушается. После снятия внешней нагрузки форма пластически изогнутого элемента вследствие упругого восстановления металла изменяется. Волокна растянутой зоны сокращаются, а сжатой — удлиняются в соответствии с величиной упругих деформаций еупр (рис. 68, г). В результате каждое сечение изогнутой заготовки повернется на соответствующий угол. Такое явление называется пружинением. Остаточный радиус δ 0 всегда будет больше радиуса кривизны р под нагрузкой (рис. 68, г), причем между ними существует зависимость
где М — изгибающий момент; I-момент инерции поперечного сечения; E- модуль упругости. Из условия равновесия между внешними и внутренними силами изгибающий момент М равен моменту внутренних напряжении, действующих в сечении (рис. 68, д). Определив изгибающий момент, можно найти усилие для изгиба заготовки, а также остаточные радиус кривизны δ 0 и угол φ 0 (рис. 68, г):
∆ q- изменения радиуса кривизны и угла изгиба вследствие пружинения после снятия внешней нагрузки; A и m- константы деформируемого материала (при аппроксимации зависимости между интенсивностью напряжений qi и интенсивностью истинных деформаций степенной функцией qi=Aeim , где e1≥ e2≥ e3 -главные деформации).
Из этих выражений следует, что с увеличением относительного радиуса изгиба о и повышением склонности материала заготовки к упрочнению при деформации, т. е. с уменьшением параметра т, вызываемые пружинением погрешности возрастают. Например, средние значения угла пружинения ∆ φ при гибке деталей из алюминиевых сплавов в мягком состоянии 2—6°, а из высокопрочных материалов 15—18°. Погрешности ∆ δ и ∆ φ необходимо учитывать при изготовлении гибочной оснастки и настройке оборудования, используемого для гибки. Однако этого недостаточно при изготовлении деталей, к точности которых предъявляются повышенные требования, так как вследствие колебаний механических свойств материала и размеров сечения заготовки параметры пружинения ∆ δ и ∆ φ являются переменными величинами. Лишь на станках с автоматическими корректирующими устройствами можно получать детали со стабильной точностью по выполняемым на гибочной операции размерам. Пружинение заготовки уменьшается, если в процессе изгиба к ней прикладывается тангенциальное растягивающее усилие Р (рис. 68, е). В этом случае угол поворота сечений и изменение радиуса кривизны заготовки после снятия напряжений деформирующей нагрузки будут пропорциональны разности ∆ e=e”упр-eупр* упругих составляющих деформаций наружного и внутреннего волокон (следовательно, и разности напряжений ∆ σ =σ xи-σ xв), а не их абсолютной величине eупр,, и eупр* как при изгибе без дополнительного растяжения (рис. 68, г, д). В отличие от обычного изгиба при разгрузке в соответствии с: ee=0, 5(eупр-eупр*) изменяется также и длина срединной поверхности заготовки (рис. 68, е). Значительный эффект от дополнительного растяжения получается лишь тогда, когда возникающие при изгибе заготовки напряжения по всему сечению положительны и по величине не менее предела текучести ат. При этом увеличение дополнительного растяжения более 3—5% от исходной длины заготовки на уменьшении параметров пружинения сказывается незначительно и не имеет практического значения. Очевидно, что разность напряжений, действующих в наружных и внутренних волокнах заготовки, будет уменьшаться с увеличением относительного радиуса изгиба. Поэтому процесс изгиба с растяжением наиболее целесообразно использовать для деталей с большими относительными радиусами q. Поскольку все металлы в холодном состоянии обладают упрочнением, то при любом дополнительном растяжении нельзя добиться того, чтобы величина До равнялась нулю; следовательно, пружинение всегда будет существовать. Однако можно спроектировать технологический процесс так, что погрешность, вызываемая пружинением, будет находиться в пределах допуска на изготовление детали. Например, при изготовлении особо точных деталей гибку выполняют следующими двумя способами. 1. Изгиб в две операции по схеме: предварительный изгиб без растяжения, термообработка (отжиг, закалка) для разупрочнения материала и снятия остаточных напряжений; изгиб с растяжением (калибровка). При выполнении последней операции заготовка изгибается весьма мало, в основном она растягивается, что значительно уменьшает До. а следовательно, и пружинение. 2. Изгиб с растяжением и одновременным кратковременным нагревом заготовки радиационным способом, методом электросопротивления или от формообразующей оправки или комбинированным способом. Изменение кривизны детали после снятия внешней нагрузки при всех сочетаниях степени растяжения, радиуса кривизны и температуры нагрева существенно уменьшается по сравнению с формообразованием без нагрева (вследствие понижения склонности материала заготовки к упрочнению), что приводит к повышению точности, и тем больше, чем выше температура нагрева. Температурный интервал может колебаться в широких пределах (Д16 и В95 — до 350÷ 450°С, АМг6 —до 460°С. МА8 — 250÷ 400°С, ВТ1 — 350÷ 500°С, ОТ4 — 500÷ 700° С). Температура и время выдержки при формообразовании деталей из полуфабрикатов в свежезакаленном и состаренном состоянии ограничены из-за возможного снижения механических свойств и структурных изменений в материале. Их значения выбирают в зависимости от указанных в чертеже механических свойств материала детали. Гибка с растяжением и одновременным кратковременным нагревом заготовки особенно эффективна для формообразования профильных деталей из труднодеформируемых в холодном состоянии высокопрочных материалов.
|