Содержание к диссертации
Введение
Раздел 1. Обзор литературы. Интегральные методы тиснения листовых материалов при художественной обработке . 3
1.1. Общие сведения по художественной обработке. 3
1.2. Анализ применяемых технологических методов тиснения с помощью рельефной формовки. 5
1.3. Анализ художественной обработки давлением материалов методом плоской гибки. 15
1.3.1. Создание художественных форм. 15
Выводы по обзору и задачам исследования. 24
Раздел 2. Теоретическое исследование силовых параметров тиснения . 25
2.1. Общие подходы к решению задачи. 25
2.2. Моделирование художественного тиснения отдельного элемента. 26
2.3. Профиль и геометрия выступа. 49
2.4. Экспериментальная проверка адекватности теоретической модели обтяжки единичного выступа сферической фармы . 54
Раздел 3. Отработка параметров элементов прокатного стана для получения заготовок с выпукло-выгнутой (тисненной) поверхностью применением формующей резины . 70
3.1 .Определение свойств резины. 70
3.2. Проектирование технологических и конструктивных схем тиснения прокаткой. 80
3.2.1. Особенности процесса тиснения прокаткой отдельных осесимметричных профилей. 82
3.3. Экспериментальные исследования опытного штампа на стане с диаметром валков 200 мм. 88
3.3.1. Прокатка полусферического профиля. 88
3.3.2.Формированиеполусферическо-торового выступа прокаткой. 91
3.4. Формирование сферическо-цилиндрическо-торовой поверхности 92
3.5. Конструктивные параметры станов для тиснения осесимметричных профилей. 96
3.6. Профилирование рельефных изделий из листовых материалов прокаткой. 98
3.6.1. Отработка параметров получения художественных изделий прокаткой. 98
3.6.2. Жесткие элементы при рельефной формовке и усилие их вытяжки. 99
3.7.Тиснение прокаткой непрерывных профилей. 107
Раздел 4. Разработка оборудования и маршрутных технологий для художественного тиснения лент . 114
4.1. Особенности конструкции прокатных станов для тиснения. 114
4.2. Процессы производства сложных сочетаний профилей . 122
4.3. Новые технологические решения по станам для прокатки из лент художественных изделий с выпукло-вогнутой поверхностью, образующий рисунок (тиснение). 134
Общие итоги и выводы по работе. 136"
Список литературы 137
- Анализ применяемых технологических методов тиснения с помощью рельефной формовки.
- Экспериментальная проверка адекватности теоретической модели обтяжки единичного выступа сферической фармы
- Формирование сферическо-цилиндрическо-торовой поверхности
- Процессы производства сложных сочетаний профилей
Введение к работе
В художественной обработке материалов тиснением находят широкое применение совмещенные способы деформации [1-15].
Они используются для снижения усилий в таких процессах, как, например, поэлементная штамповка с периодическим передвижением заготовки. Совмещенные способы деформации могут быть использованы для создания непрерывного процесса перемещения заготовки и инструмента, для устранения холостого хода и т.д.
Интегральная обработка материалов при художественной обработке использует непрерывное движение заготовки и инструмента. Таким образом получают снижение усилий деформирования и устранение вспомогательных пауз - загрузка, выгрузка, подход инструмента, его отход и т.п.
При прокатке в гладких валках 1 на листовую заготовку 3 через эластичную среду 2 воздействует прокатный валок, прижимающий заготовку к гравюре штампа 4, перемещающегося совместно с полосой.
За счет тянущего усилия Рх эластичная среда воздействует на полосу, перемещая ее в валки.
При этом нормальная сила давления Ру постепенно через эластичную среду воздействует на полосу, которая заполняет гравюру штампа. Давление совмещает полосу и штамп и перемещает их по направлению к выходу из валков. Здесь за счет сужения межвалкового просвета окончательно тиснятся узоры, то есть с помощью подвижного штампа формуется узор на полосе.
Поэлементность обработки позволяет значительно повысить качество объемного оформления профиля полосы. Опытные испытания показали существенные преимущества данного процесса по сравнению с обработкой металла в фасонных валках за счет снижения расходов на создание дорогостоящих фасонных валков. Кроме того, повышается качество оформления гравюры. Штамп передвигается как одно целое и не имеет скорости проскальзывания. Одновременно метод позволяет повысить ассортимент видов рисунков рельефных поверхностей за счет его набора из стандартных элементов на корпусе штампа.
Таким образом, объединение прокатки и штамповки повышает качество оформления художественного изделия с существенным снижением затрат на его изготовление.
Анализ применяемых технологических методов тиснения с помощью рельефной формовки.
Максимальное усилие определяет силовую часть стана: действующие моменты и мощность привода,
В заключение по работе приведены общие итоги и выводы, полученные в результате теоретических, и экспериментальных исследований. Новые технологические решения по станам для прокатки из лент художественных изделий с выпукло-выгнутой поверхностью, образующий рисунок (тиснение). По результатам исследований поданы две заявки на патенты. В общем перечне процессов особое место занимают методы художественной прокатки тиснением, рельефной формовки и профилировки. Применение станов для сортовой прокатки значительно ограничивает сферу художественной обработки и значительно удирожает процесс производства за счет применения дорогостоящих валков с наборными калибрами, поэтому применение новых конструкций прокатных станов, удешевляющих производство, является актуальной задачей. Цель изобретений - расширение технологических и технических возможностей прокатного стана путем обеспечения прокатки различных лент с выпукло-вогнутым рисунком на поверхности на одном и том же комплекте валков, повышение производительности и облегчение обслуживания стана. Использоваргае стана обеспечивает возможность получения на одном и том же комплекте валков разных лент с выпукло-вогнутой поверхностью рисунка путем замены шаблонов (инструментов), устанавливаемых на столе, либо заменой валка с рисунком поверхности, т.е. обеспечивает расширение технологических и технических возможностей прокатного стана. В первой заявке рассмотрен стан работающий следующим образом: заготовка — лента, подается между валком с резиновым бандажом и столом, с закрепленным на нем шаблоном (инструментом) с выпукло-вогнутым рельефом поверхности. Под действием усилия прокатки, передаваемого через слой резины, на ленте деформацией формируется художественный выпукло-вогнутый рисунок. Во второй заявке рассмотрен стан для прокатки тонких лент включающий: рабочую клеть, прокатные валки, привод, отличающийся тем, что с целью получения из лент художественных изделий с выпукло-вогнутым рельефом рисунка один валок изготавливается с резиновым бандажом, второй с рисунком в виде выпукло-вогнутой поверхности, при этом суммарная высота выпуклостей и глубина впадин должны быть меньше толщины резинового бандажа. Между неприводным бандажированным резиной валком и рабочим валком, с выпукло-вогнутым рисунком, помещается лента. При прокатке на поверхности ленты формируется выпукло-вогнутый художественный рисунок. Изобретения относятся к обработке металлов давлением, в частности к оборудованию для продольной прокатки из лент художественных изделий с выпукло-вогнутой поверхностью рисунка. Результаты работы рекомендуется использовать на машиностроительных предприятиях и в других отраслях народного хозяйства, занятых обработкой металлов давлением, а также производством художественных и декоративных изделий из лент с выпукло-вогнутой поверхностью, а также в научно-исследовательских организациях проектирующих и изготавливающих оборудование для новых процессов: ОАО Общие итоги и выводы по работе. 1. Проведено комплексное исследование по конструированию технологического оборудования, разработке технологии изготовления изделий из лент художественным тиснением, которое позволило расширить применение для тиснения процессов прокатки. 2. Проведено моделирование процессов художественного тиснения различных лент. 3. Разработаны основные схемы деформационных процессов при тиснении лент прокаткой с применением эластичных материалов. 4. Установлены теоретические зависимости для расчета напряжений в процессе тиснения лент с использованием эластичных для инструмента. 5. Технологически и экспериментально установлены технологические режимы изготовления сферических, сферическо-торовых и сферическо-цилиндрическо-торовых профилей из лент. 6. Разработан и изготовлен опытный образец прокатной клети с элементами деформирующей эластичной среды 7. Теоретически и экспериментально проанализированы параметры прокатной клети для художественного тиснения лент. 8. Разработаны технологические процессы формовки профилей из лент тиснением при прокатке. 9. Результаты проведенных исследований оформлены в виде рекомендаций. По результатам работ получены два приоритетных подтверждения на заявку по выдаче патентов.
Экспериментальная проверка адекватности теоретической модели обтяжки единичного выступа сферической фармы
В художественной обработке материалов тиснением находят широкое применение совмещенные способы деформации [1-15].
Они используются для снижения усилий в таких процессах, как, например, поэлементная штамповка с периодическим передвижением заготовки. Совмещенные способы деформации могут быть использованы для создания непрерывного процесса перемещения заготовки и инструмента, для устранения холостого хода и т.д.
Интегральная обработка материалов при художественной обработке использует непрерывное движение заготовки и инструмента. Таким образом получают снижение усилий деформирования и устранение вспомогательных пауз - загрузка, выгрузка, подход инструмента, его отход и т.п.
На рис. 1.1 [34] показана интегральная схема совмещения листовой прока.ки и листовой штамповки. При прокатке в гладких валках 1 на листовую заготовку 3 через эластичную среду 2 воздействует прокатный валок, прижимающий заготовку к гравюре штампа 4, перемещающегося совместно с полосой. Под действием тянущего и нормального усилий валка эластичная среда, как свободная матрица, деформирует полосу, обтягивая ею профиль элементов штампа. Сущность процесса показана на рис. 1.2. За счет тянущего усилия Рх эластичная среда воздействует на полосу, перемещая ее в валки. При этом нормальная сила давления Ру постепенно через эластичную среду воздействует на полосу, которая заполняет гравюру штампа. Давление совмещает полосу и штамп и перемещает их по направлению к выходу из валков. Здесь за счет сужения межвалкового просвета окончательно тиснятся узоры, то есть с помощью подвижного штампа формуется узор на полосе. Поэлементность обработки позволяет значительно повысить качество объемного оформления профиля полосы. Опытные испытания показали существенные преимущества данного процесса по сравнению с обработкой металла в фасонных валках за счет снижения расходов на создание дорогостоящих фасонных валков. Кроме того, повышается качество оформления гравюры. Штамп передвигается как одно целое и не имеет скорости проскальзывания. Одновременно метод позволяет повысить ассортимент видов рисунков рельефных поверхностей за счет его набора из стандартных элементов на корпусе штампа. Таким образом, объединение прокатки и штамповки повышает качество оформления художественного изделия с существенным снижением затрат на его изготовление. Рельефная формовка применяется для получения надш .сей, рисунков, узоров с помощью штамповки выпуклого с одной стороны и вогнутого с другой стороны рельефа полосы (листа). Рельефная штамповка применяется для выполнения ребер жесткости на листах. Рельефная формовка использует операции гибки, вытяжки, обтяжки, обжима, раздачи и др. Она сопровождается растяжением и сжатием материала, что приводит к местному утолщению материала или к его утонению. На рис. 1.3 показано типовое полукруглое ребро жесткости. Из-за утонения металла размеры ребер жесткости следует регулировать исходя из следующих соотношений: Предельная степень деформации при данной рельефной формовке по исследованиям Г.С. Ракошица [іб, 17] составляет 15-18%. Так, для предложенной конструкции ребра жесткости при образовании одного шага А из равенства объемов при единичной ширине полосы 5=1 устанавливается следующая зависимость для расчета утонения: где /0 - начальная длина заготовки, рассчитываемая по среднему сечению полосы; 1/с - конечная длина изделия, рассчитываемая по наружной поверхности полосы; so, SK - толщина полосы заготовки и изделия R-B, г в - радиусы изгиба полосы 5- относительное удлинение материала полосы, которое колеблется ОТ 30 + 45%. Например, для латуни Л98 относительное удлинение 5=35%, для сплава АМг2М - (5=40%, для сталей глубокой вытяжки =43% и т.д. Ограничение в 0,755 равное 0.22 + 0,32, намного меньше рекомендуемой предельной степени деформации 0,15 + 0,18 и поэтому нуждается в дополнительной проверке. Если степень деформации ребер больше 18%, то рельефную формовку производят за несколько переходов. На первом переходе принимают удлинение 5 + 8% с обязательным прижимом. Общее усилие формовки: где ag - предел прочности материала заготовки; П - периметр ребра: so - начальная толщина. Инженерные формулы не всегда подтверждаются на практике. При рельефной вытяжке выступов, расположенных на расстоянии более г в (рис. 1.4), жесткость материала приводит к тому, что формовка происходит за счет изменения толщины материала [17 - 35]. На рис. 1.4 приведена схема обтяжки осесимметричного сферического выступа [і 8]. Приведенные данные отличаются от результатов предыдущего исследования. В случае расположения выступа у края полосы металл на образование профиля может перегоняться из внеконтактной зоны. В этом случае утонение идет от периферии к полюсу. Во всех случаях данный момент рельефной формовки (штамповки) требует своего исследования. Также требует дальнейшего уточнения технология формовки. Особенно сложна технология формовки выступов прямоугольной и трапециевидной формы. Практика показывает, что при двухпереходной фасонной штамповке первый переход может исполняться прямым (рис. 1.5, а) или обратным (рис. 1.5, б) методом при получении местных выступов. При втором переходе получают конечные размеры выступа dK, rBK, RBK, hK.
Формирование сферическо-цилиндрическо-торовой поверхности
Получение художественных изделий с выпукло-вогнутой поверхностью рисунка осуществляется из лент штамповкой.В качестве инструмента известно исследование эластичной среды из резины для тиснения лент на штампе ограниченных размеров. Применение прокатных станов для получения изделий с выпукло-вогнутой поверхностью рисунка из лент не известно. Постановка задач исследований
Проведение анализа процесса получения прокаткой художественных изделий с выпукло-вогнутой формой рисунка из тонких лент, с применением эластичной деформирующей среды для тиснения. 2. Установление физико-механических свойств металлов, используемых для тиснения. 3. Установление физико-механических свойств эластичных деталей. 4. Теоретические исследования по установлению геометрических и деформационных параметров изготовляемых изделий. 5. Теоретические исследования напряженно-деформационных характеристик процесса тиснения. 6. Создание модели оборудования и процессов художественного тиснения на примере наиболее распространенных изделий. 7. Разработка деформационных характеристик, напряжений, энергосиловых показателей модели. 8. Проверка на стендах адекватности модели с реальными объектами и корректировка методики для определения конструктивных особенностей оборудования и технологических режимов получения прокаткой художественных изделий с выпукло-вогнутой формой поверхности. 9. Точностные показатели тиснения прокаткой и способы повышения точности. Рельефная формовка применяется для получения надш .сей, рисунков, узоров с помощью штамповки выпуклого с одной стороны и вогнутого с другой стороны рельефа полосы (листа). Рельефная штамповка применяется для выполнения ребер жесткости на листах. Рельефная формовка использует операции гибки, вытяжки, обтяжки, обжима, раздачи и др. Она сопровождается растяжением и сжатием материала, что приводит к местному утолщению материала или к его утонению. На рис. 1.3 показано типовое полукруглое ребро жесткости. Из-за утонения металла размеры ребер жесткости следует регулировать исходя из следующих соотношений: Предельная степень деформации при данной рельефной формовке по исследованиям Г.С. Ракошица [іб, 17] составляет 15-18%. Так, для предложенной конструкции ребра жесткости при образовании одного шага А из равенства объемов при единичной ширине полосы 5=1 устанавливается следующая зависимость для расчета утонения: где /0 - начальная длина заготовки, рассчитываемая по среднему сечению полосы; 1/с - конечная длина изделия, рассчитываемая по наружной поверхности полосы; so, SK - толщина полосы заготовки и изделия R-B, г в - радиусы изгиба полосы 5- относительное удлинение материала полосы, которое колеблется ОТ 30 + 45%. Например, для латуни Л98 относительное удлинение 5=35%, для сплава АМг2М - (5=40%, для сталей глубокой вытяжки =43% и т.д. Ограничение в 0,755 равное 0.22 + 0,32, намного меньше рекомендуемой предельной степени деформации 0,15 + 0,18 и поэтому нуждается в дополнительной проверке. Если степень деформации ребер больше 18%, то рельефную формовку производят за несколько переходов. На первом переходе принимают удлинение 5 + 8% с обязательным прижимом. Общее усилие формовки: где ag - предел прочности материала заготовки; П - периметр ребра: so - начальная толщина. На второй операции: где F- площадь ребра в плане. Инженерные формулы не всегда подтверждаются на практике. При рельефной вытяжке выступов, расположенных на расстоянии более г в (рис. 1.4), жесткость материала приводит к тому, что формовка происходит за счет изменения толщины материала [17 - 35]. На рис. 1.4 приведена схема обтяжки осесимметричного сферического выступа [і 8]. Приведенные данные отличаются от результатов предыдущего исследования. В случае расположения выступа у края полосы металл на образование профиля может перегоняться из внеконтактной зоны. В этом случае утонение идет от периферии к полюсу. Во всех случаях данный момент рельефной формовки (штамповки) требует своего исследования.Как показал анализ исследований различных авторов тиснение - это, на первый взгляд, последовательное сложение штамповки и прокатки. На самом деле - это чистая прокатка с элементами листовой штамповки. Для тиснения характерно последовательное формирование отдельных элементов контура изделия, постепенное создания высотного обжатия, начиная с зоны отставания и оканчивая на выходе из валков. Отметим, что при штамповке все элементы изделия нагружаются инструментом и процесс завершается по вертикали в самой низкой точке профиля изделия. При прокатке полное формирование профиля происходит накаткой инструмента на материал. Поэтому только окончательные силовые параметры тиснения могут рассчитываться как при обычной штамповке. Промежуточные этапы должны рассчитываться по методике продольной прокатки.
Другим аспектом является применение при тиснении эластичного материала - резины. Особенностью данного материала является высокая эластичность, сочетающаяся с достаточно высокой прочностью.
Эти особенности резины позволяют осуществить качественную формовку профиля при одновременном его обволакивании эластиком со всех сторон. Здесь также следует отметить невозможность использования установившихся приемов расчета, свойственных штамповке с применением резины. Отмеченные особенности расчета требуют сочетания известных методов и новых нетрадиционных приемов. В работе будет показана методика моделирования процесса формовки изделий при тиснении и даны примеры решения деформационных, силовых и технологических задач.
Процессы производства сложных сочетаний профилей
Интегральная обработка материалов при художественной обработке использует непрерывное движение заготовки и инструмента. Таким образом получают снижение усилий деформирования и устранение вспомогательных пауз - загрузка, выгрузка, подход инструмента, его отход и т.п. На рис. 1.1 [34] показана интегральная схема совмещения листовой прока.ки и листовой штамповки. При прокатке в гладких валках 1 на листовую заготовку 3 через эластичную среду 2 воздействует прокатный валок, прижимающий заготовку к гравюре штампа 4, перемещающегося совместно с полосой.
Под действием тянущего и нормального усилий валка эластичная среда, как свободная матрица, деформирует полосу, обтягивая ею профиль элементов штампа. Сущность процесса показана на рис. 1.2. За счет тянущего усилия Рх эластичная среда воздействует на полосу, перемещая ее в валки.
При этом нормальная сила давления Ру постепенно через эластичную среду воздействует на полосу, которая заполняет гравюру штампа. Давление совмещает полосу и штамп и перемещает их по направлению к выходу из валков. Здесь за счет сужения межвалкового просвета окончательно тиснятся узоры, то есть с помощью подвижного штампа формуется узор на полосе.
Поэлементность обработки позволяет значительно повысить качество объемного оформления профиля полосы. Опытные испытания показали существенные преимущества данного процесса по сравнению с обработкой металла в фасонных валках за счет снижения расходов на создание дорогостоящих фасонных валков. Кроме того, повышается качество оформления гравюры. Штамп передвигается как одно целое и не имеет скорости проскальзывания. Одновременно метод позволяет повысить ассортимент видов рисунков рельефных поверхностей за счет его набора из стандартных элементов на корпусе штампа.
Таким образом, объединение прокатки и штамповки повышает качество оформления художественного изделия с существенным снижением затрат на его изготовление.
Рельефная формовка применяется для получения надш .сей, рисунков, узоров с помощью штамповки выпуклого с одной стороны и вогнутого с другой стороны рельефа полосы (листа). Рельефная штамповка применяется для выполнения ребер жесткости на листах. Рельефная формовка использует операции гибки, вытяжки, обтяжки, обжима, раздачи и др. Она сопровождается растяжением и сжатием материала, что приводит к местному утолщению материала или к его утонению. На рис. 1.3 показано типовое полукруглое ребро жесткости. Из-за утонения металла размеры ребер жесткости следует регулировать исходя из следующих соотношений: Предельная степень деформации при данной рельефной формовке по исследованиям Г.С. Ракошица [іб, 17] составляет 15-18%. Так, для предложенной конструкции ребра жесткости при образовании одного шага А из равенства объемов при единичной ширине полосы 5=1 устанавливается следующая зависимость для расчета утонения: где /0 - начальная длина заготовки, рассчитываемая по среднему сечению полосы; 1/с - конечная длина изделия, рассчитываемая по наружной поверхности полосы; so, SK - толщина полосы заготовки и изделия R-B, г в - радиусы изгиба полосы 5- относительное удлинение материала полосы, которое колеблется ОТ 30 + 45%. Например, для латуни Л98 относительное удлинение 5=35%, для сплава АМг2М - (5=40%, для сталей глубокой вытяжки =43% и т.д. Ограничение в 0,755 равное 0.22 + 0,32, намного меньше рекомендуемой предельной степени деформации 0,15 + 0,18 и поэтому нуждается в дополнительной проверке. Если степень деформации ребер больше 18%, то рельефную формовку производят за несколько переходов. На первом переходе принимают удлинение 5 + 8% с обязательным прижимом. Общее усилие формовки: где ag - предел прочности материала заготовки; П - периметр ребра: so - начальная толщина. 7 На второй операции: =(0,2 0 - , (13) где F- площадь ребра в плане. Инженерные формулы не всегда подтверждаются на практике. При рельефной вытяжке выступов, расположенных на расстоянии более г в (рис. 1.4), жесткость материала приводит к тому, что формовка происходит за счет изменения толщины материала [17 - 35]. На рис. 1.4 приведена схема обтяжки осесимметричного сферического выступа [і 8]. Приведенные данные отличаются от результатов предыдущего исследования. В случае расположения выступа у края полосы металл на образование профиля может перегоняться из внеконтактной зоны. В этом случае утонение идет от периферии к полюсу. Во всех случаях данный момент рельефной формовки (штамповки) требует своего исследования.
Похожие диссертации на Разработка оборудования и процессов получения прокаткой лент с декоративной выпукло-вогнутой поверхностью
