Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Особенности гибки труб






 

При гибке трубы ее сечение искажается и принимает эллиптическую форму. В растянутой зоне толщина стенки уменьшается, а в сжатой зоне возможна потеря устойчивости стенкой с образованием гофров. Посколь­ку трубопроводы, особенно в системах высокого давления, работают в условиях сложного нагружения под действием пульсирующей нагрузки и гидравлических ударов, искажения сечения трубы, вызываемые гибкой, не должны превышать допустимых значений. Кроме того, надежность и ресурс систем возрастают с повышением механических свойств материа­ла трубопроводов и чистоты их внутренних и наружных поверхностей. Высокая чистота поверхностей и минимальные искажения профиля тру­бы возможны только при механизированных способах гибки, основные схемы которых приведены на рис. 74.

Гибка на трубогибочном станке ТГС-2Л1 (рис. 74, а) труб диамет­ром до 80 мм с наибольшим углом изгиба 220° и радиусом кривизны 50— 350 мм осуществляется следующим образом. Трубу 2 вставляют в ручей между гибочной оправкой 3 и ползуном 4 и закрепляют ее конец зажи­мом 6. Внутрь трубы для предотвращения искажения ее профиля встав­ляют калибрующую оправку (дорн) 5, которая в зоне деформирования удерживается тягой 1. Затем включают вращение гибочной оправки. Труба, наматываясь на оправку, изгибается по радиусу ее ручья.

Недостатком гибки намоткой является необходимость изготовления оснастки для каждого диаметра трубы и радиуса ее изгиба, а также не­возможность без перестановки заготовки изгибать последнюю в разных плоскостях, в то время как трубопроводы с изгибом в одной плоскости составляют малый процент. Станки, работающие по схеме гибки протал­киванием заготовки через роликовую головку (рис. 74, б—г) или фильерную систему, позволяют изгибать трубу в разных плоскостях без ее перестановки. Изгиб в разных плоскостях без перестановки зажатой в патроне заготовки достигается ее поворотом относительно продольной оси на заданный угол. Поступательное перемещение трубы, повороты се вокруг оси и вертикальное перемещение гибочного ролика (фильера) взаимосвязаны; их последовательность и величина задаются програм­мой или соответствующей расстановкой кулачков на программном диске. Сменной оснасткой станков являются ролики или фильеры, заменяемые только при изменении диаметра изгибаемой трубы.

Трубогибочный станок ТГПС-2 (рис. 74, б) позволяет изгибать трубы и прутки длиной до 2400 мм из цветных и черных сплавов диа­метром 8—32 мм в разных плоскостях за один рабочий цикл с прямыми участками между изгибами не менее 60—80 мм. Управление поступа­тельным перемещением каретки, поворотом цангового патрона 7 и подъ­емом гибочного ролика 8 осуществляется при помощи кулачков, расположенных в канавках программного диска. Для предотвращения иска­жения сечения трубы большого диаметра внутрь ее вводят оправку 9, которая в месте гибки удерживается тросиком.

Изгиб труб диаметром 6—25 мм и длиной до 3000 мм на станке ТГСП-1 с программным управлением выполняют по схеме проталкива­ния через трехроликовую гибочную головку (рис. 74, в). Наименьшие прямые участки между изгибами составляют 20 мм. Искажение профи­ля заготовки в зоне деформирования предотвращается наполнителем в виде эмульсии, которая через гидрошарнир 10 под высоким давлением подается в изгибаемую трубу. Направляющие ролики 11 предохраняют прямой участок трубы перед роликовой головкой от продольного изгиба под действием усилия проталкивания.

 

 

Рис. 74. Основные схемы механизированной гибки труб:

а—гибка намоткой на станке ТГС-2М; б—гибка проталкиванием через роликовую головку на станке ТГПС-2; в—гибка проталкиванием на станке с программным управлением ТГСП-1; г—гибка с мест­ным индукционным нагревом.

Обычно трубы гнут в холодном состоянии. При этом относительный радиус кривизны q= δ /D(где q — радиус кривизны оси, a D — наружный диаметр заготовки) при допустимых искажениях сечения трубы_в зави­симости от толщины стенки о должен быть не менее 2—4. Когда δ < 2÷ 4 трубы диаметром 16 мм и более при относительной толщине δ /D ≥ 0, 035 можно гнуть с местным нагревом деформируемой зоны токами высокой частоты (рис. 74, г).

Участки трубы, находящиеся в опорах 12 и за ин­дуктором 13, принудительно охлаждают. Узкая зона нагрева препятст­вует развитию искажающих деформаций (овальность, гофрообразование), поэтому при гибке с местным нагревом отпадает необходимость в наполнителе.

 

Обтяжка

Обтяжкой называется процесс формообразования деталей двойной кривизны растяжением листовых заготовок до полного прилегания последних к профилированной оправке. Для более точного соответствия формы детали конфигурации оправки во всех волокнах заготовки при обтяжке создают напряжения растяжения, превосходящие предел текучести. Этот процесс находит широкое применение при изготовлении крупногабаритных обшивок и деталей двойной кривизны с высоким отношением радиуса кривизны к толщине материала.

 

Рис. 75. Простая обтяжка:

а—схема простой обтяжки (1 —оправка, 2—заготовка, 3—зажимные клеммы); б—типовые детали, изготовляемые на прессе ОП-3 (1, 3, 7—детали, изготовляемые в спаренном виде путем повторной обтяжки по одному и тому же пуансону с промежуточной термообработкой, 2, 4, 5—детали, изготовляемые за одну операцию обтяжки из заготовок в свежезакаленном состоянии, 6—деталь, полученная обтяжкой с последующей ручной доработкой).

 

Обтягивание сопровождается изгибом, значительным утонением и упрочнением материала заготовки. Поэтому обтягиванием плоской заготовки удается получать лишь весьма неглубокие детали. Возможности процесса значительно расширяются, если обтягивать не плоские, а предварительно изогнутые листовые заготовки. Цилиндрический или конический полуфабрикат незначительным дополнительным деформированием можно преобразовать в готовую деталь сложной формы.

В зависимости от схемы приложения внешних сил и формы обтягиваемой заготовки различают обтяжку простую, с продольным растяжением полуфабриката и кольцевую.

Простая обтяжка (рис. 75, а) выполняется в основном на обтяжных прессах типа ОП с закреплением продольных кромок полуфабриката в самоустанавливающихся зажимах, оси поворота которых неподвижны относительно станины пресса. Формообразование деталей осуществляется за счет удлинения поперечных сечений заготовки под действием усилия, прикладываемого к подвижному пуансону.

Методом простой обтяжки на прессе ОП-3 из листовых заготовок толщиной до 2 мм и длиной до 3000 мм изготовляют обшивки незамкнутой формы носовой части фюзеляжа, гондол двигателей, каналов всасывания и различные законцовки (рис. 75, б) со значительной продольной и поперечной кривизной.

Для уменьшения вредных сил трения заготовки о пуансон между ними прокладывают целлофан, мягкую и тонкую листовую резину или на пуансон наносят слой смазки.

Основным недостатком простой обтяжки является большой техноло­гический припуск, порядка 200 мм и более на каждую сторону по всей длине заготовки, который после обтяжки обрезают.

 
 

Рис. 76. Обтяжка с продольным растяжением

а —схема процесса (1 —стол, 2 и 3 — гидравлические устройства для подъема стола и закрепления заготовки, 4 — зажимы, 5 —пуансон, 6 —заготовка, 7 —гидравлическое устройство для создания растягивающего усилия); б, в—типовые детали, изготовляемые на прессах типа РО

 
 

 

 


Рис. 77. Схема работы комбинированного растяжнообтяжного пресса ОП-5К

 

Обтяжка с продольным растяжением (рис. 76, а) производится на более сложном оборудовании — растяжно-обтяжных прессах РО-1М, РО-3М и РО-5 — за счет движения пуансона и дополнительного растягивающего усилия, прикладываемого к узким сторонам заготовки со стороны подвижных зажимов. При этом движения пуансона и зажимов не зависят друг от друга и могут осуществляться как одновременно, так и раздельно. Процесс характеризуется меньшим отходом материала, меньшим пружинением и широко применяется при изготовлении из листовых заготовок с размерами до 2000× 7000 мм обшивок незамкнутой формы (рис. 76, б), имеющих небольшую продольную кривизну.

 

Рис. 78. Кольцевая обтяжка:

а—схема обтягивания по жесткому «разжимному» пуансону (1—плита, 2—сектор разжимного пуансона, 3—конус, 4—заготовка, 5—пружина, 6— плита, 7—колонка); б—схема установки для обтягивания трубчатых заготовок жидкостным пуансоном по жесткой матрице (1—корпус матрицы, 2—матрица, 3—заготовка, 4—резиновый мешок, 5— замок, 6—рым-болт, 7—корпус пуансона); в, г—типовые детали, получаемые кольцевой обтяжкой

 

На прессе РО-3М, снабженном в отличие от прессов РО-1М и РО-5 верхним порталом для установки дополнительного пуансона, обтягиванием изготовляют детали, поверхность которых имеет знакопеременную кривизну (рис. 76, в).

Наряду с обтяжными и растяжно-обтяжными прессами в самолетостроении (особенно в мелкосерийном производстве) применяются комбинированные обтяжные прессы, как для простой обтяжки, так и с растяжением.

На рис. 77 приведена принципиальная схема комбинированного обтяжного пресса ОП-5К, каретки которого несут на себе по два ряда зажимов: верхний ряд зажимных клемм используется при простой обтяжке (рис. 77, а, б), нижний — при обтяжке с продольным растяжением полуфабриката (рис. 77, в). На прессе изготовляют также обшивки с закруткой до 30° (рис. 77, г).

Клеммы секционного зажимного устройства (нижний ряд) могут быть установлены как по прямой линии (исходное положение), так и по радиусу не менее 450 мм для обтяжки обшивок выпуклой формы и не менее 1500 мм вогнутой. Наибольшие размеры обшивок, изготовляемых на прессе ОП-5К: толщина 4—6 мм, ширина 2000 мм, длина 5000 мм.

Кольцевая обтяжка (рис. 78) протекает аналогично процессу простой обтяжки. Предварительно согнутый из листа и сваренный в месте стыка полуфабрикат под действием усилий, создаваемых изнутри с помощью секций разжимного пуансона (рис. 78, а) или жидкостной среды (рис. 78, б), принимает форму пуансона или матрицы за счет растяжения его поперечных сечений в тангенциальном направлении.

Обтягивание по жесткому «разжимному» пуансону производят на прессах типа ПКД (пресс для калибровки деталей). Типовые детали, изготовляемые на прессах ПКД-1М и ПКД-2 из цилиндрических и конических трубчатых заготовок диаметром 400-2000 мм с наибольшей высотой до 1500 мм, приведены на рис. 78, в.

Недостатком этого процесса является некоторая огранка на деталях вследствие увеличения зазора между секторами при «разжимании» пуансона.

Обтягивание по жесткой матрице жидкостным пуансоном производят на специальных установках (рис. 78, б) для изготовления весьма точных деталей (рис. 78, г) в крупносерийном производстве.

 

Коэффициент обтяжки

 

Как и всякий другой технологический процесс, процесс обтяжки имеет свои ограничения, определяемые степенью деформации того или иного материала которую он может претерпевать без разрушения. За меру степени деформации принимают коэффициент обтяжки k обт, представляющий собой отношение длины наиболее растянутого волокна после обтяжки L д к его первоначальной длине L п:

 

где ε — относительное удлинение наиболее растянутого волокна.

Обтяжка за одну операцию возможна в том случае, если k обт не превышает предельного значения коэффициента обтяжки k обт.пр, соответствующего началу образования шейки в наиболее растянутых местах заготовки.

На величину k обт.пр влияют механические свойства материала, его толщина, плавность очертания контуров сечений детали, а также качество смазки, применяемой для уменьшения сил трения между заготовкой и пуансоном. С увеличением относительного удлинения, соответствующего моменту образования шейки, и толщины материала значение k обт.пр повышается.

Предельный коэффициент простой обтяжки за одну операцию колеблется для алюминиевых сплавов в интервале 1, 04—1, 06. Для обтяжки с продольным растяжением величина этого коэффициента несколько больше.

При кольцевой обтяжке силы трения, действующие в тангенциальном направлении, оказывают меньшее влияние на напряженно-деформированное состояние заготовки, которое с увеличением количества секторов пуансона все более приближается к осесимметричному. Поэтому для кольцевой обтяжки предельный коэффициент больше, чем в двух предыдущих случаях, и находится для различных сталей и алюминиевых сплавов в пределах 1, 06—1, 2.

Если k обт > k обт.пр, обтяжку производят за несколько операций или с подогревом.

 

Обтяжка в две операции

 

Этот процесс производят либо двукратным обтягиванием заготовки по одному пуансону с разупрочняющей термообработкой между первой и второй операциями (для деталей с относительным радиусом кривизны q> 125), либо обтягиванием заготовки по двум различным пуансонам также с промежуточной термообработкой (для деталей с q< 425). Причем для уменьшения пружинения продольный радиус кривизны первого пуансона принимают на 30—40% меньше радиуса детали. Второй пуансон соответствует по конфигурации и размерам готовой детали.

Деформация заготовки на второй и последующих операциях характеризуется коэффициентом повторной обтяжки k обт i равным отношению длин наиболее растянутых волокон заготовок, полученных на выполняемой i -й и предыдущей (i—1)-й операциях:

 

 

Предельные коэффициенты для первой и последующих операций обтяжки с разупрочняющей термической обработкой после каждой из них примерно одинаковы.

Отношение длины наиболее растянутого волокна детали Lд n после заключительной операции обтяжки к его исходной длине Lп называют итоговым коэффициентом обтяжки k обт1, n за п операций:

 

Тогда

 

Количество операций обтяжки n обт, необходимых для формообразования детали, определяют по формуле

 

 

Полученное по формуле значение n обт округляют до ближайшего большего целого числа.

 

Обтяжка с подогревом

 

Подогрев при обтяжке значительно повышает пластические свойства металла и позволяет изготовлять детали более сложных форм с k обт> 1, 15 за меньшее число операций, чем при обтягивании заготовок в холодном состоянии.

Детали из Д16 и В95 обтяжкой с подогревом до 205—270°С (в зависимости от толщины листа) изготовляют из отожженных заготовок; после обтяжки производят закалку и затем в свежезакаленном состоянии — повторную обтяжку. Точность изготовленных по этой технологии деталей +0, 2÷ 0, 3мм. Если k обт = 1, 30÷ 1, 35, то для получения деталей с той же точностью и минимальным, равномерно распределенным утонением обтяжку производят в следующем порядке: предварительная обтяжка отожженной заготовки без подогрева, обтяжка с подогревом, термообработка (закалка), повторная обтяжка заготовки в свежезакаленном состоянии (калибровка).

В случае обтяжки магниевых сплавов нагрев заготовки до 250—380°С технологически необходим, так как сплавы МА1 и МА8 имеют при комнатной температуре низкую пластичность.

 

Вытяжка

 

Вытяжкой (или глубокой вытяжкой) называют процесс преобразования не закрепленной по кромкам плоской заготовки в полую деталь замкнутого контура при помощи штампов. Из листовых заготовок толщиной до 25 мм и более вытяжкой получают детали с весьма сложной формой поверхности и габаритными размерами в несколько метров.

Простейшая схема процесса вытяжки цилиндрической детали из плоской заготовки показана на рис. 9.13. Под действием усилия вытяжки Рв, приложенного к пуансону, заготовка втягивается в зазор между пуансоном (с закругленной радиусом rп кромкой) и матрицей, величина которого несколько превышает начальную толщину материала δ.

 

Рис. 79. Вытяжка цилиндрической детали:

1 – заготовка, 2 – пуансон, 3 – матрица, 4 – деталь, полученная глубокой вытяжкой, и характер изменения толщины ее стенки, 5 – элемент заготовки в промежуточный момент вытяжки и его напряженное состояние

 

Диаметр заготовки D0 вследствие пластической деформации уменьшается, и в результате получается полая цилиндрическая деталь с диаметром d по средней линии. При вытяжке наибольшей пластической деформации подвергается часть заготовки (фланец), находящаяся на плоском торце матрицы и на ее скругленной радиусом rм кромке.

В процессе вытяжки в тангенциальных и радиальных сечениях фланца возникают значительные растягивающие σ 1 и сжимающие σ 3 напряжения. Касательные напряжения в этих сечениях вследствие осевой симметрии деформирования отсутствуют. Отсюда следует, что напряженное состояние фланца можно считать плоским. В этом случае достаточно просто решается задача по определению главных напряжений σ 1 и σ 3. Для этого составим в полярной системе координат дифференциальное уравнение равновесия элемента фланца в промежуточный момент вытяжки (рис. 79) без учета изменения его толщины по сравнению с исходной толщиной заготовки δ:

 

 

Приняв ввиду малой величины угла и пренебрегая бесконечно малыми второго порядка, найдем

 

 

Решая полученное уравнение с приближенным уравнением пластичности для двухосного разноименного напряженного состояния

 

 

получим

 

где β — коэффициент, учитывающий влияние среднего главного напряжения . При вытяжке, когда или мало по сравнению с и , усредненно принимают β =1, 1;

— среднее сопротивление деформированию в очаге деформации;

— постоянная интегрирования.

Для отыскания используем граничное условие = 0 при rx=Rx. Тогда найдем

 

Подставив значение в уравнение, получим

 

 

Зная , из уравнения найдем

 

Из этих формул следует, что с уменьшением растягивающие напряжения увеличиваются, вызывая уменьшение толщины заготовки, а сжимающие напряжения уменьшаются. В периферийной же части фланца преобладают тангенциальные сжимающие напряжения и деформации, которые вызывают увеличение первоначальной толщины заготовки. Стенки детали 4 в результате этого получаются переменной толщины (рис. 79). Относительное утолщение (до 30%) и утонение (до 20%) стенок детали при вытяжке зависит от многих факторов, в том числе механических свойств исходного материала, отношения диаметра заготовки к диаметру детали и радиуса вытяжного ребра матрицы к толщине заготовки, формы торцовой части пуансона, вида смазки и т. п.

Наибольшее уменьшение исходной толщины заготовки наблюдается в той части детали, где стенка сопрягается с дном. В сечении х—х, которое принято называть опасным, растягивающие напряжения достигают максимального значения. Если они в опасном сечении превысят предел прочности материала, то заготовка порвется.

При определенных соотношениях размеров заготовки и вытягиваемой детали фланец под действием сжимающих напряжений аз, которые у наружной кромки достигают максимального значения, может потерять устойчивость с образованием нескольких гофров по периметру. К концу вытяжки высота гофров увеличивается, стенки их сближаются, образуя складки, которые не могут быть разглажены в зазоре между пуансоном и матрицей, и заготовка разрушается или получается недоброкачественная деталь. Таким образом, появление гофров нарушает нормальный ход процесса вытяжки и часто приводит к браку.

Для предотвращения образования складок на фланце применяются следующие основные способы:

а) вытяжка с прижимом фланца заготовки (рис. 80, а). К прижимной плите прикладывается усилие Q, достаточное для предотвращения потери устойчивости фланцем;

б) вытяжка с ограничением высоты образующихся гофров. Неподвижная плита (складкодержатель), которая в период деформирования заготовки находится от зеркала матрицы на расстоянии, равном или несколько большем, чем исходная толщина заготовки (рис. 80, б), ограничивает высоту возникающих на фланце гофров. При переходе через вытяжное ребро матрицы образовавшиеся невысокие пологие гофры разглаживаются. Достоинством этого способа является «автоматическое» регулирование давления прижима. Это давление возникает как реакция на усилия, с которыми фланец заготовки прижимается к складкодержателю. Недостаток вытяжки со складкодержателем, наиболее ощутимый при изготовлении деталей из тонкого материала, состоит в необходимости точно выдерживать зазор между поверхностями фланца заготовки и складкодержателя не более (0, 1—0, 2)δ. В противном случае на наружной кромке фланца наблюдается пластический изгиб, приводящий к образованию большого числа мелких складок. Такие складки в зазоре между пуансоном и матрицей не разглаживаются в результате посадки, а сминаются;

в) вытяжка с перегибом фланца заготовки (рис. 80, в). Вследствие увеличения момента инерции сечения фланца последний не теряет устойчивости почти до конца процесса деформирования. Появляющиеся на периферии фланца в конечный момент вытяжки невысокие гофры разглаживаются в зазоре между пуансоном и матрицей. Однако этот способ позволяет получать менее глубокие детали, чем способы «а» и «б», так как в опасном сечении возникают более значительные растягивающие напряжения σ 1.

Рис. 80. Схемы основных способов предотвращения образования складок на фланце:

а – вытяжка с прижимом фланца заготовки (1 – пуансон, 2 – прижимное кольцо, 3 – матрица, F1, F2, F3, F4 – силы трения); б – вытяжка с ограничением высоты образующихся гофров (1 – пуансон, 2 – матрица, 3 – складкодержатель, 4 - заготовка); в – вытяжка с перегибом фланца заготовки (1 – верхняя кольцевая матрица, 2 – нижняя матрица, 3 – выталкиватель, 4 – штифты выталкивателя, 5 - пуансон)

 

Вытяжка с прижимом, обеспечиваемым специальным устройством, и перегибом фланца заготовки осуществляется на эксцентриковых и кривошипных прессах простого действия, гидравлических прессах, а вытяжка со складкодержателем — на механических двойного действия.

 

 

Коэффициент вытяжки

 

Из формулы следует, что σ 1 достигает наибольшего значения, когда , т. е.

 

 

Величину k, равную отношению диаметра заготовки к диаметру детали и характеризующую относительное уменьшение внешней окружности заготовки, называют коэффициентом вытяжки.

Анализ формулы показывает, что при некотором значении k> kт величина σ 1max может превысить предел прочности материала заготовки σ в. В этом случае заготовка разрушится по опасному сечению, материал наименее упрочнен и толщина стенки минимальна. Теоретическое значение предельного коэффициента вытяжки k т, при котором возможно получение детали без отрыва дна, найдем из формулы, подставив вместо σ 1max и σ i ср их предельные значения, равные σ в:

 

откуда

.

 

В реальных условиях вытяжки в опасном сечении дополнительно к σ 1 действуют еще напряжения от трения σ тр заготовки об элементы штампа и изгиба σ т заготовки на скругленных кромках матрицы и пуансона. Кроме того, в процессе вытяжки материал фланцевой части заготовки упрочняется значительно больше, чем в зоне опасного сечения. Поэтому действительное значение предельного коэффициента вытяжки kпр несколько меньше теоретического k т:

 

Практически вытяжка цилиндрической детали без отрыва дна возможна в том случае, если значение соответствующего ей коэффициента вытяжки k д меньше предельного, т. е.

 

Увеличению k пр до 2, 2—2, 3 способствуют уменьшение сил трения F 1, F 2, F 3 (при нанесении на заготовку смазки оптимальной вязкости) в увеличение полезной силы трения F 4 (рис. 9.14, а) между заготовкой и пуансоном с целью перемещения опасного сечения в область более упрочненного материала. Для этого поверхности пуансона в зоне, прилегающей к дну детали, придают шероховатость и следят за тем, чтобы в процессе вытяжки туда не попадала смазка.

 

Многооперационная вытяжка

 

Когда невозможно получить деталь требуемой формы за одну операцию, обычно применяют повторные операции вытяжки (рис. 81), между которыми материал детали разупрочняют термической обработкой. Вторая и последующие операции вытяжки могут производиться как без утонения, так и с преднамеренным утонением заготовки.

 

Рис. 81. Повторные операции вытяжки:

а – последовательность формоизменения плоской заготовки при вытяжке за две операции; б – и в – вытяжка без утонения заготовки прямым и обратными методами; г – вытяжка с утонением заготовки, 1- пуансон, 2 – прижим, 3 – заготовка, 4 – матрица

Вытяжку без утонения заготовки (рис. 81, б, в) осуществляют прямым и обратным (реверсивным) методами при помощи штампов, у которых зазор между пуансоном и матрицей превышает наибольшую толщину стенки заготовки, поступившей с предыдущей операции. Вытяжка обратным методом сопровождается появлением меньших по величине остаточных напряжений в материале детали, так как наружная и внутренняя поверхности последней за счет трения о матрицы штампов первой и второй операций оказываются упрочненными почти одинаково. Вместе с тем обратная вытяжка протекает в менее благоприятных условиях, чем прямая (усилия в среднем на 20% больше, износ матрицы интенсивнее). Поэтому обратный метод вытяжки используется преимущественно для изготовления деталей с двойными стенками, а также тонкостенных деталей сферической или параболической формы.

Степень деформации заготовки на второй и последующих операциях характеризуется коэффициентом повторной вытяжки ki, равным отношению диаметров заготовок, полученных на предыдущей (i —1)-й и выполняемой i- й операциях:

Предельные коэффициенты для второй и последующих операций вытяжки kпр незначительно отличаются друг от друга, всегда несколько меньше, чем для первой операции, и изменяются от 1, 25 до 1, 45.

Отношение диаметра исходной заготовки D 0 к диаметру детали dn после заключительной операции вытяжки называют суммарным или итоговым коэффициентом вытяжки k 1, п за п операций:

 

 

Так как , то между величинами легко установить соотношение

 

и по формуле

 

определить число операций, необходимых для вытяжки заданной детали.

Вытяжку с утонением заготовки производят штампами, у которых зазор между пуансоном и матрицей меньше толщины стенки полуфабриката (рис. 81, г). Используют ее для изготовления деталей со стенками строго определенной толщины, как правило, меньшей, чем толщина дна.

Степень деформации заготовки в этом случае характеризуется коэффициентом вытяжки с утонением k', определяемым из выражений

 

 

где S = π δ D 0 — площадь боковой поверхности исходной заготовки;

S 1, Sn — площади поперечного сечения детали после первой и n -й операции вытяжки;

Si -1, Si — площади поперечного сечения полых цилиндрических заготовок, полученных на предыдущей и выполняемой операциях.

Число вытяжных операций п' для получения заданной детали определяют по аналогичной формуле

 

принимая допустимые значения k '1и k '2, как и в случае многооперационной вытяжки без утонения заготовки, равными соответственно k пр и ki пр.

При окончательном расчете вытяжных операций следует иметь в виду, что степень деформации от первой операции, где она максимально допустимая, к последней должна уменьшаться, т. е.

 

Усилие вытяжки

 

Рядом исследователей получены точные формулы для определения потребного усилия вытяжки Рв. На практике широко используют упрощенный метод расчета, основанный на том, что усилие, развиваемое прессом, должно быть не меньше усилия, необходимого для отрыва дна детали:

 

 

Величину Р в max корректируют с учетом конкретного значения коэффициента вытяжки k д, соответствующего геометрии данной детали:

 

 

где с — поправочный коэффициент, который с уменьшением kд от 2, 0 до 1, 25 изменяется соответственно от 1, 0 до 0, 4.

 

Вытяжка коробчатых деталей

 

Особенность вытяжки коробчатых деталей состоит в неравномерности напряженно-деформированного состояния по периметру заготовки (рис. 9.16, а). Наибольшие деформации при вытяжке возникают в зонах закругления углов коробки. При этом величина растягивающих напряжений на угловых закруглениях меньше, чем при вытяжке полого цилиндра диаметром 2 r у и высотой h. Эта разница тем больше, чем больше отношение ширины коробки L 2 к радиусу закругления ее углов rу (рис. 82, б).

Максимальная величина растягивающих напряжений на угловых закруглениях зависит от коэффициента вытяжки ky, который для коробчатой детали высотой h может быть условно выражен по аналогии с цилиндрической деталью в виде отношения

где Ry — радиус заготовки для вытяжки цилиндрической детали радиусом r у и высотой h.

Экспериментально установлено, что предельное значение условного коэффициента вытяжки kу пр, достижимое за одну операцию, в 1, 5—2 раза больше, чем при вытяжке цилиндрической детали, и является функцией отношения L2/ry.

Неравномерный характер деформации по периметру заготовки не­обходимо учитывать и при определении формы и размеров последней. Ее площадь должна быть равна поверхности детали (с учетом припуска на обрезку). По одному из применяемых на практике способов расчета длину (L 1 + 2 h ') и ширину (L 2 +2 h ') заготовки на прямых участках (рис. 82, б) определяют, как при гибке, по развернутой длине нейтральной линии полой детали с учетом удлинения металла при вытяжке (примерно на 5%). Радиус закругления на углах заготовки R у подсчитывают, как при вытяжке, из условия равенства поверхности четверти полого цилиндра диаметром 2 r у, высотой h и площади углового участка заготовки.

Рис. 82. К построению контура заготовки для вытяжки полой коробчатой детали с прямоугольным дном (по Б. П. Звороно):

а—схема напряженного состояния и распределения напряжений растяжения по периметру заготовки; б—контур условной заготовки; в и г—контуры скорректированных заготовок для деталей с отношением

Для коробчатой детали без фланца

 

 

где r п — радиус скругления торцовых кромок пуансона;

h — высота коробчатой детали (с учетом припуска на обрезку).

Полученный ступенчатый контур условной заготовки должен быть скорректирован таким образом, чтобы он имел плавную форму без резких переходов. Площади скорректированной (OANDPKO) и условной (OABCDEFKO) заготовок будут равны, если точки N и Р, через которые проходят касательные к дугам окружностей радиусом R y, делят пополам отрезки ВС и EF (рис. 82, в, г). При таком построении контура заготовки высота по всему периметру отштампованной коробчатой детали будет одинаковая. Прямоугольные коробки квадратного сечения получают вытяжкой из круглых заготовок.

Вытяжка с местным подогревом

 

Фланец заготовки, являющийся основным очагом деформации в процессе вытяжки, нагревают для разупрочнения до температуры, пре­вышающей температуру рекристаллизации (алюминиевые отожженные сплавы до 320—340°С, магниевые — до 360—380°С), а опасное сечение интенсивно охлаждают, например, подачей жидкого азота через отверстия пуансона. Это позволяет получить за одну операцию высоту цилиндрической детали h, равную (1, 3—2, 5)d вместо (0, 5—0, 75) d при обычной вытяжке.

Процесс вытяжки с местным подогревом является наиболее эффективным, но требует сложной оснастки (нагревательное и охлаждающее устройства).

 

Вытяжка осесимметричных нецилиндрических деталей

 

При вытяжке нецилиндрических деталей, имеющих форму тел вращения, на заготовке в начальный момент формообразования имеется так называемая «свободная» от контакта с рабочими частями штампа зона, в которой действуют напряжения σ 1 и σ 3. Под действием тангенциальных напряжений сжатия σ 3 заготовка в этой зоне может потерять устойчивость и на ней образуется несколько гофров или складок (рис. 83, а, б). Небольшие пологие гофры разглаживаются между формообразующими поверхностями матрицы и пуансона в конечный момент вытяжки. Образование складок недопустимо. Потерю устойчивости предотвращают увеличением радиальных растягивающих напряжений, повышая силу прижима, а также предусматривая в конструкции штампа специальные перетяжные ребра (рис. 83, в)или пороги, затрудняющие перемещение фланца заготовки. Однако чрезмерное увеличение радиальных напряжений растяжения приводит к разрушению заготовки.

Если нецилиндрическую осесимметричную деталь нельзя изготовить за одну операцию, то применяют многооперационную вытяжку и последовательно изменяют контуры полуфабриката до заданной формы детали (рис. 83, г). Детали конической, сферической или параболической формы могут быть получены также из ступенчатого полого полуфабриката, который приобретает окончательные плавные контуры на заключительной калибровочной операции. При этом очертания ступенчатого полуфабриката перед операцией калибровки в специальном штампе должны вписываться в контур готовой детали (рис. 83, д).

Вытяжка конической детали с калибровкой в конце хода пуансона возможна в одну операцию при условии, что

 

где d1 и d2 — больший и меньший диаметры конуса;

h — его высота;

D 0 — диаметр плоской заготовки.

Формула может быть также использована для определения числа операций при вытяжке конусов с менее благоприятными соотношениями размеров.

Получение тел вращения с полусферическим дном за одну операцию вытяжки с прижимом заготовки возможно в том случае, если радиус кривизны полусферы q ≤ 77δ. Когда 77δ < q ≤ 120δ, на поверхности полусферы образуются невысокие гофры, которые разглаживаются между рабочими поверхностями штампа в конце хода пуансона. Форма матрицы в этом случае должна соответствовать внешней поверхности детали.

 

Рис. 83. Вытяжка куполообразных нецилиндрических деталей:

а —образование свободной зоны и напряженное состояние материала заготовки в этой зоне; б —образование складок в свободной зоне заготовки; в —вытяжка полусферы при помощи штампа с перетяжным ребром; г —последовательность изготовления конической детали за несколько операций; д —контур полого ступенчатого полуфабриката перед калибровкой (d 1, d 2, d3, d 4—диаметры цилиндрических уступов после первой— четвертой операций вытяжки)

 

Вытяжка с периодической посадкой гофров

Детали с замкнутым контуром, а также открытой формы, получаемые в результате сочетания гибки с вытяжкой, изготовляют при помощи упрощенных штампов (рис. 84) за несколько ударов пневматического листоштамповочного молота типа МЛ с периодической посадкой образующихся гофров вручную или пуансоном. Вручную гофры устраняют резиновым или деревянным молотком непосредственно на матрице. Если гофры значительны, а материал толстый, то их посадку ведут на выколоточных молотах или на специальных наковальнях, расположенных вблизи листоштамповочных молотов.

Детали сложной формы из алюминиевых сплавов изготовляют с при­менением свинцово-цинковых штампов.

Для ограничения глубины вытяжки за удар используют фанерные рамки, которые по мере формоизменения заготовки поочередно снимают. Заготовку периодически подвергают разупрочняющей термообработке. Последние калибрующие удары наносят без рамок.

Для создания местного дополнительного усилия при деформировании заготовки применяют резиновые прокладки. Резину также используют для ограничения глубины проникновения пуансона в матрицу, когда изготовляют детали полуоткрытой формы (обтекатели, зализы). В зависимости от конфигурации детали резину укладывают внутрь матрицы или на заготовку.

Заготовки обычно вырезают ножницами по разметке с припуском от 10—15 мм для мелких донышек с фланцем и до 40—45 мм на сторону для деталей произвольной полуоткрытой формы. Разметку производят по шаблону заготовки (ШЗ). После формообразования детали припуск обрезают.

Прерывистый характер процесса формообразования на листоштамповочных молотах позволяет получать при помощи простых штампов детали сложной формы, которые вытяжкой с прижимом заготовки можно изготовить лишь за несколько операций с использованием специальных штампов. Однако качество изготовляемых этим методом деталей в значительной мере зависит от квалификации рабочего. Кроме того, процесс отличается низкой производительностью и тяжелыми условиями труда (вибрации, шум). Поэтому штамповку на молотах типа МЛ обычно применяют в начале запуска нового изделия в серийное производство, когда сложная оснастка для прессов еще не готова, или при изготовлении небольших партий деталей в мелкосерийном и опытном производстве.

 

 
 

 

 


Вытяжка штампами с универсальными матрицей или пуансоном

 

Сложность, большая трудоемкость и высокая стоимость штампов делают нерентабельным применение процесса вытяжки, особенно в условиях мелкосерийного и опытного производства. Для среднесерийного, мелкосерийного и опытного производства практический интерес представляют схемы процесса вытяжки (рис. 85), основанные на замене одного из жестких элементов штампа (пуансона или матрицы) универсальным, что позволяет переходить к изготовлению деталей другой формы с меньшими затратами на создание и отладку штамповой оснастки.

Вытяжка штампами с универсальной матрицей (резина, жидкость, газ) характеризуется такими особенностями:

1) силы трения между заготовкой и матрицей почти отсутствуют, а между пуансоном и заготовкой они значительно больше, чем в жестких штампах, что способствует разгрузке опасного сечения детали;

2) равномерно распределенное давление со стороны матрицы на заготовку исключает возможность появления свободной зоны при вытяжке нецилиндрических куполообразных деталей.

Эти особенности расширяют технологические возможности процесса и способствуют получению деталей с несколько большим коэффициентом вытяжки и более высоким качеством поверхности, чем в жестких штампах.

Удельное давление q со стороны матрицы при вытяжке деталей из алюминиевых сплавов должно быть 350—500 кГ / см 2 (34—49 Мн / м 2), а из листовой стали — 500—1200 кГ / см 2 (49—118 Мн / м 2).

Вытяжку резиной можно вести на обычных прессах при помощи универсальных вытяжных штампов (рис. 9.19, а)или на специальных прессах для штамповки-вытяжки резиной типа ПШВР. Прессы ПШВР-1 и ПШВР-3 соответственно развивают наибольшие усилия в 1500 и 2800 Т (14, 7 и 27, 5 Мн)и позволяют получать детали вытяжкой из листовых заготовок с максимальным диаметром 440 и 700 мм.

 

Рис. 85. Вытяжка штампами с универсальными матрицей или пуансоном:

а —схема штампа с универсальной матрицей (1 —резина, 2—заготовка, 3—пуансон, 4—прижимная плита, 5—поршень гидравлического цилиндра, 6—гидравлический цилиндр); б —схема процесса вытяжки пластичным металлом (1 —съемник, 2—матрица, 3—заготовка, 4 —пластичный металл, 5—контейнер); в—схема вытяжки жидкостным пуансоном (1 —контейнер пуансона, 2—резиновый мешок, 3—клиновый замок, 4—заготовка, 5—матрица, 6—корпус матрицы)

 

Недостаток этого процесса состоит в том, что для его осуществления необходимо оборудование большой мощности и регулирование q в процессе вытяжки в зависимости от материала детали и ее конфигурации.

Вытяжка пластичным металлом в жесткую матрицу (рис. 85, б)может производиться на универсальных гидравлических прессах и пневматических листоштамповочных молотах типа МЛ. Сущность процесса состоит в следующем. Заготовка 3, смазанная с обеих сторон хозяйственным мылом, при рабочем ходе ползуна пресса вдавливается матрицей 2 в пластичный металл 4, находящийся в контейнере 5. Пластичный металл (например чистый свинец марки С1 и С2), центральная часть которого выполняет роль пуансона, а периферийная — прижима, вместе с заготовкой заполняют рабочую полость матрицы; в результате образуется деталь требуемой формы. Полученная деталь съемником 1 выталкивается из матрицы, а свинец, принявший форму матрицы, обжимают плоской плитой для вытяжки последующей детали.

Этим способом могут быть изготовлены детали конической, сферической, параболической, прямоугольной и других сложных форм.

Потребная мощность прессового оборудования устанавливается исходя из максимальной площади заготовки и создания удельных давлений пластичным металлом на этой площади до 1000 кГ / см 2 (98 Мн / м 2).

Необходимость деформирования не только заготовки, но и пластичного металла, на что затрачиваются значительные усилия, является основным недостатком этого процесса.

Вытяжка жидкостным пуансоном (рис. 85, в)применяется для изготовления неглубоких крупногабаритных деталей, а также деталей сложной формы (с использованием разъемных матриц), которые другими способами получить невозможно.

При этом методе заготовку устанавливают в калиброванный зазор между матрицей и контейнером пуансона, выполняющим функции складкодержателя. Формоизменение заготовки происходит под давлением жидкости, нагнетаемой в специальный резиновый мешок. В процессе формования между вытяжным ребром матрицы и заготовкой возникают значительные силы трения, а между заготовкой и пуансоном они почти отсутствуют. В связи с этим происходит значительное утонение заготовки и ее одностороннее втягивание в матрицу под действием несимметричных сил, возникающих из-за неравномерности толщины материала и других факторов. Достижимые значения k пр меньше, чем при обычной вытяжке.

Как видно из схемы, для создания усилия вытяжки пресс не нужен. Штамп такого типа является самостоятельной установкой, и размеры его практически ничем не ограничены.

 

Формовка

 

Под общим наименованием «формовка» объединяется несколько процессов, характеризуемых изменениями формы заготовки в результате местных деформаций различного характера. К этим процессам относятся: рельефная формовка, отбортовка, раздача (растяжка), обжатие, формовка резиной и др.

Рельефная формовка — процесс образования местных углублений или выпуклостей за счет растяжения и частичного перемещения металла (рис. 86, а).

Возможность формовки без разрывов заготовки ориентировочно оп­ределяется по относительному удлинению материала в зоне наибольшей деформации:

 

где l1 — длина по выбранному сечению после формовки;

l2 — длина того же участка до формовки;

ε ш — допустимое относительное удлинение материала детали.

Усилие для формовки ребер жесткости с длиной периметра L приближенно определяют по формуле

 

Коэффициент c 1, зависящий от ширины и глубины ребра, принимают равным 0, 7—1, 0.

Рельефная формовка выполняется при помощи жестких штампов на механических прессах или листоштамповочных молотах, а также рези­ной на гидравлических прессах.

Отбортовка отверстий — процесс образования бортов у предвари­тельно выполненных отверстий за счет растяжения металла жестким пу­ансоном (рис. 86, б) или эластичной средой. Способность материала к отбортовке определяется его механическими свойствами, чистотой обработки отбортовываемой кромки и другими факторами и характеризу­ется коэффициентом отбортовки

где r и Rк — радиусы отверстия до и после отбортовки.

 

Рис 86. Схемы процессов и примеры рельефной формовки

(а), отбортовки круглого отверстия (б), раздачи трубчатой заготовки коническим пуансоном (в) и обжатия конической матрицей (г)

 

Средние значения предельного коэффициента отбортовки kот.пр в зависимости от относительной толщины материала для алюминиевых сплавов 1, 2—2, 1, нержавеющих сталей (Х18Н9Т и ЭИ654) — 1, 5—2, 7, а для титана и его сплавов — 1, 15—1, 7. Процесс отбортовки сопровождается возрастающим по высоте бор­та утонением материала, достигающим у кромки 20—30%. Если kот> kот.пр, то у края горловины появляются продольные трещины. Высота отбортованной горловины h (рис. 86, б) определяется с достаточной для практических целей точностью по формуле

При отбортовке отверстий прямоугольной формы с закругленными углами за коэффициент отбортовки и его предельное значение

принимают

где — радиусы закругления углов прямоугольного отверстия до и после отбортовки.

Раздача (растяжка) — процесс увеличения диаметра предваритель­но вытянутой или трубчатой заготовки продавливанием конического пу­ансона (рис. 86, е) или внутренним гидростатическим давлением. Степень деформации при раздаче характеризуется коэффициентом раздачи

где радиусы детали и заготовки.

Допустимое за одну операцию увеличение диаметра заготовки ограничивается в одних случаях предельной тангенциальной деформацией, при которой материал разрушается, а в других — потерей устойчивости недеформируемой части заготовки, когда приложенное к пуансону уси­лие превышает критическое значение.

Средние значения предельного коэффициента раздачи заготовок с относительной толщиной стенки коническим пуансоном (2а = 40с) равны 1, 4—1, 6. При раздаче заготовок гидравлическим давлением или давлением резины значения или 1, 2—1, 3. Толщина стенки после раздачи определяется по формуле

Обжатие — процесс сужения поперечного сечения трубчатых и по­лых заготовок (рис. 86, г).

При некоторой величине усилия обжатия свободный участок полой заготовки теряет устойчивость. Если вследствие потери устойчивости за одну операцию обжима нельзя получить заданное уменьшение диаметра заготовки, то применяют повторные операции с предварительным разуп­рочнением деформируемого участка путем местного нагрева. Критерием для этого служит коэффициент обжатия, равный отношению диаметра за­готовки к диаметру детали в обжатой ее части, т. е.

Средние значения предельного коэффициента обжатия составляют в зависимости от отношения для стальных полых заготовок 1.15—1, 40, а латунных алюминиевых — 1, 25—1, 55. Усилие обжатия, соответствующее & 0б.пр, определяют по формуле

где пт — предел текучести.

При обжатии с нагревом деформируемого участка заготовки значение kот.пр увеличивается примерно до 10. Ограничением степени деформации в этом случае является волнообразное выпучивание стенки дефор­мируемого участка под действием тангенциальных напряжении сжатия.

Наибольшую толщину стенки обжатой части заготовки определяют по формуле

Формовка резиной (рис. 87) - наиболее распространенный в са­молетостроении метод изготовления плоских деталей с бортами (типа нервюр). Формообразование этих деталей осуществляется за счет изгиба, растяжения и небольшой доли посадки (сжатия). Обычно удельное давление при формовке деталей на плунжерных гидравлических прессах с усилием 2500-5000 Т (24, 5-49, 0 Мн) и наибольшей площадью подштамповой плиты 3-4, 5 м2 составляет 85-110 кГ/см2 (8, 3-10, 8 Мн/м2).

 

Рис. 87. Схемы процессов формовки резиной:

а – формовка на плунжерном гидравлическом прессе (1 - подвижная траверса пресса, 2 – контейнер, 3 – резина, 4 – стол пресса, 5 – выдвижная подштамповая плита, 6 – формблок, 7 – заготовка детали, 8 – шпилька формблока для фиксирования заготовки, 9 – отформованная деталь, ШО – шпилечное отверстие); б – затекание резины под борт высокой жесткости; в – формовка на гидравлическом прессе прямого действия (1 – формблок, 2 – выдвижной корытообразный стол, 3 – корпус пресса, 4 —резиновая камера, 5 – резиновая подушка, 6 – заготовка); г – формовка резиной на листоштамповочном молоте (1 – резиновая подушка, 2 – матрица, пуасон или формоблок, 3 – центрирующая плита); д – первый переход (операция) реверсивной вытяжки (1 – слой смазки, 2 – контейнер, 3 - резиновая подушка, 4 – матрица, 5 – сменный вкладыш)

 

Достоинства процесса заключаются в высокой производительности (за один ход пресса формуют одновременно несколько различных дета­лей), простоте оснастки и обслуживания. В качестве сменной формовоч­ной оснастки используются формблоки, изготовленные из балинита, текстолита, цинка, твердых пород дерева или других материалов. Роль второй части штампа (матрицы или пуансона) выполняет заключенная в контейнер резина твердостью 65—80 единиц по ИСО. При установке на подштамповой плите минимальное расстояние между формблоками при­нимают равным примерно двум толщинам последних.

К недостаткам следует отнести невозможность проработки мелких рельефов и малый допустимый предел отношения высоты борта к ра­диусу кривизны детали в плане Например, для листовых материалов толщиной 0, 8—1, 2 мм из алюминиевых сплавов без доводки борта дета­ли после формовки , а с доработкой (посадка образовав­шихся гофров) —

Наименьшая высота борта, которую можно получить формовкой, для деталей из алюминиевых сплавов а из титана и его сплавов —(12—18) При меньшей высоте резина затекает под борт (рис. 87, б) и препятствует формообразованию детали.

При использовании диафрагменного гидравлического пресса прямо­го действия (рис. 87, в) ПШР-1 с наибольшим усилием 9600 Т (94, 1 Мн) и с рабочей площадью стола 2, 4 м2, обеспечивающего удельное давление резины при формовке повышается точность и сокращается трудоемкость доводочных работ при изготовлении деталей.

Формовку деталей резиной осуществляют также на листоштамповочных молотах (рис. 87, г). Используя энергию удара, можно развить со стороны резины достаточно высокие давления. Кратковременность контакта с деформируемым материалом создает благоприятные условия для формоизменения резиной нагретых заготовок.

Технологические возможности процесса могут быть расширены при­менением метода реверсивной вытяжки детали за два перехода или две операции (рис. 87, д). Сначала оформляется глубокий рифт по пери­метру обвода формуемой детали, а затем сменный вкладыш 5 удаляется из матрицы 4 и полученный полуфабрикат выворачивается и калибрует­ся до окончательных размеров.

Реверсивную вытяжку резиной производят также и в двух различных матрицах (первая матрица выполняется с вкладышем как одно целое).

 


Поделиться с друзьями:

mylektsii.su - Мои Лекции - 2015-2024 год. (0.08 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал