Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования 9
1.1. Пластическое кручение как технологическая задача в обработке металлов давлением 9
1.2. Кручение при немонотонных процессах деформирования цилиндрических заготовок 17
1.3. Технологическая оснастка для пластической обработки длинномерных цилиндрических заготовок 25
1.4. Выводы и задачи исследования 29
Глава 2. Пластическое деформирование цилиндрических заготовок в условиях монотонного нагружения 30
2.1. Напряженно - деформированное состояние при осадке (растяжении) заготовок с кручением 30
2.2. Устойчивость длинномерных заготовок при их осадке с кручением 38
2.3. Устойчивость цилиндрических заготовок при растяжении с кручением 45
2.4. Построение диаграмм пластичности 51
2.5. Выводы 54
Глава 3. Пластическое деформирование заготовок в условия немонотонного нагружения 56
3.1. Определение характеристик сопротивления материалов пластическому деформированию 56
3.2. Увеличение критической деформации удлиняемых заготовок 72
3.3. Реверсивное кручение круглых заготовок 86
3.4. Изотропное упрочнение материалов реверсивным кручением 90
3.5. Выводы 104
Глава 4. Разработка конструкций технологической оснастки для осадки с кручением длинномерных цилиндрических заготовок 106
4.1. Устройства для осадки с кручением заготовок с применением винтового механизма 106
4.2. Устройство для осадки с кручением заготовок с использованием 131
4.3. Штамп двустороннего действия для осадки с кручением заготовок 139
4.4. Выводы 144
Основные результаты и выводы 146
Список использованных источников 150
Приложения 157
- Кручение при немонотонных процессах деформирования цилиндрических заготовок
- Устойчивость длинномерных заготовок при их осадке с кручением
- Увеличение критической деформации удлиняемых заготовок
- Устройство для осадки с кручением заготовок с использованием
Введение к работе
Актуальность темы. В последние десятилетия в машиностроении все шире разрабатываются и применяются наряду с совершенствованием традиционных видов обработки (вытяжка, прокатка, осадка, обжим и др.) и нетрадиционные способы пластического формоизменения заготовок с целью придания нужных эксплуатационных свойств элементам конструкций. В связи с этим такая классическая задача теории пластичности, как кручение призматических стержней, может быть успешно использовано в сочетании с осадкой для разработки новых технологий в обработке давлением. При этом пластическое кручение в условиях немонотонного нагружения может быть применено для упрочняющейся обработки многих технических сплавов, не подвергающихся по тем или иным причинам термической обработке, и для придания необходимых технологических свойств с целью улучшения качества получаемых пластическим формоизменением поковок.
Интенсивное внедрение в производство технологий механо термической обработки (МТО) требует их непрерывного совершенствования. Поэтому традиционно применяемые в МТО виды механических обработок (обжим и прокатка) следовало бы заменить в некоторых случаях на пластическое кручение, осадку или их сочетание, которые будут более эффективными, в особенности при обработке длинномерных цилиндрических заготовок (с длиной более 2-3 их диаметра).
Для обоснования и реализации новых нетрадиционных технологий обработки давлением с использованием кручения необходимо иметь решения соответствующих задач и конструктивные разработки штамповой оснастки для пластического деформирования длинномерных цилиндрических заготовок без искривления.
Диссертационная работа выполнялась по Госбюджетной НИР кафедры «Самолетостроение» ВГТУ (Г. Б. 01.40 «Математическое моделирование процессов проектирования и изготовления самолетов») в соответствии с
основными направлениями фундаментальных исследований РАН РФ по разделу технических наук - 2.3.7. «Математическое моделирование перспективных конструкций, материалов и технологий в авиации, ракетной и атомной технике, судостроении, наземном транспорте, станкостроении и приборостроении».
Целі. работы: Создание технологических основ для разработки высоких технологий обработки длинномерных заготовок с применением пластического кручения.
Для достижения указанной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи.
1. Определить напряженно - деформированное состояние (НДС) при
осадке с кручением длинномерных цилиндрических заготовок из
упрочняющегося материала в условиях монотонного нагружсния.
2. Исследовать устойчивость при осадке с кручением длинномерных
заготовок с целью определения поперечных поддерживающих нагрузок.
Определить НДС при пластическом кручении цилиндрических заготовок при немонотонном нагружении на основе предложенной Г. Бакхаузом модели анизотропно упрочняющегося тела.
Разработать конструкции штамповой оснастки для реализации пластической осадки с кручением длинномерных цилиндрических заготовок без искривления.
Внедрить результаты исследований в промышленность и учебный процесс.
Автор защищает результаты теоретических исследований процессов осадки с кручением в условиях монотонного нагружсния и немонотонного пластического кручения цилиндрических заготовок; установленные зависимости напряженно- деформированного состояния, деформирующих усилий от кинематических параметров и характеристик материалов; полученные соотношения для определения поперечных поддерживающих нагрузок; установленные эффекты изотропного упрочнения металлов и
увеличения критической деформации удлиняемых заготовок; конструкции штамповой оснастки для осадки с кручением длинномерных заготовок без искривления, техпроцессы улучшения технологических показателей и свойств заготовок.
Научная новизна.
Получены соотношения для оценки напряженно-деформированного состояния и деформирующих усилий при осадке с кручением длинномерных цилиндрических заготовок с учетом уирочняемости металла.
На основе критерия положительности работы добавочных нагрузок исследована устойчивость при осадке с кручением длинномерных цилиндрических заготовок с учетом действия, препятствующих искривлению, поперечных нагрузок.
11а основе модели анизотропно упрочняющегося тела Г. Бакхауза установлены эффекты увеличения критической деформации удлиняемых заготовок в циклах нагружения растяжение ~ кручение - растяжение -кручение и т. д., а также изотропного упрочнения металлов реверсивным кручением.
Установлена возможность определения наследственной функции и характеризующего эффект Баушингера параметра испытанием образцов в цикле нагружения растяжение — кручение.
Практическая ценность и реализация работы.
Расширены технологические возможности МТО применительно к длинномерным цилиндрическим деталям (сверла, зенкеры, развертки и др.) для повышения их эксплуатационных свойств.
Разработанные конструкции штамповой оснастки позволят реализовать новые технологии МТО в производственных условиях.
Показано, что эффект изотропного упрочнения может быть использован для повышения механических характеристик металлов, которые по тем пли иным техническим причинам не подвергаются термообработке.
Подтверждено, что эффект увеличения критической деформации удлиняемых заготовок может быть применен для повышения пластичности материала заготовок.
Внедрение результатов исследований осуществлено в ФГУП ПІЦ РФ НПО «ЦНИИТМАШ» (г. Москва) и в ОАО ВАСО (г. Воронеж) при разработке технологий обработки длинномерных цилиндрических заготовок и проектировании штамповой оснастки для реализации новых технологий (ПМТО).
6. Отдельные материалы исследований используются в учебном
процессе в ВГТУ при изучении курса «Технологическая механика»
специальности 160201 «Самолето- и вертолетостроенис».
Методы исследований. Теоретические исследования выполнены на основе аппарата теории пластичности, теории анизотропного упрочнения Г. Бакхауза, критерия положительности работы добавочных нагрузок. Все расчеты проводились численно методом конечно — разностных соотношений с использованием ЭВМ. Опытные данные обрабатывались методами математической статистики. Эксперименты проводились с использованием современных испытательных машин и регистрирующих приборов.
Достоверность результатов исследований обеспечена обоснованным использованием теоретических зависимостей, допущений и ограничений, корректностью постановки задач, применением известных математических методов и подтверждается качественным и количественным согласованием результатов расчета с экспериментальными данными, полученными как лично автором, так и другими исследователями.
Апробации работы. Результаты исследований доложены на XXVII международной молодежной научной конференции «Гагаринские чтения» (г. Москва, 2001 г.), на Всероссийской научно-технической конференции «Прикладные задачи механики и тепломассообмена в авиастроении» (г. Воронеж, 2001 г.), на региональной научно-технической конференции «Компьютерные технологии в промышленности и связи» (г. Воронеж, 2002 г.),
на 5-й международной конференции «АКТ - 2004» (г. Воронеж, 2004 г.), на 2-й международной конференции «Механика пластического формоизменения. Технологии п оборудование ОМД» (г. Тула, 2004 г.), а также на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ВГТУ (г. Воронеж, 2001-2004 г. г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ (1 монография; 2 патента; 1 заявка с и. р. о выдаче патента; 10 статей). Личный вклад соискателя составляет: в /2/ - предложена принципиальная схема оснастки; в /3/ и /4/ - решение задач; в /5/ - основные разделы 5-й главы; d /6/ -расчет основных параметров устройства; в /7/ - решение задачи; в /11/ -конструкция штампа; в /12/ - соотношение для составления программы испытаний.
Автор выражает глубокую благодарность кандидату технических наук доценту А. А. Воропаеву за оказанную помощь при выполнении работы, критические замечания и рекомендации.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 73 наименований, 3-х приложений и включает 156 страниц машинописного текста, содержит 62 рисунка и одну таблицу. Общий объем - 160 страниц.
Кручение при немонотонных процессах деформирования цилиндрических заготовок
Под немонотонным процессом деформирования (или нагружения) понимается согласно представленному в работе /12/ определению, такой процесс, при котором не происходит разгрузка, или изменение направления деформирования заготовки. Все остальные процессы относятся к немонотонным.
С целью определения некоторых характеристик сопротивления материалов пластическому деформированию, исследования свойств металлов, а также разработки нетрадиционных технологий в обработке металлов давлением используется на практике немонотонное кручение образцов (или заготовок).
В работе [19] рассматривается методика оценки учитывающего эффект Баушиигсра параметра по данным испытаний на реверсивное кручение сплошных цилиндрических образцов. На рис. 1.5 приведены диаграммы кручения испытываемого материала при реверсивном кручении. Здесь ОЛ диаграмма кручения при прямом кручении; ЛВС - диаграмма при разгрузке и обратном кручении; CD - разгрузка после обратного кручения; УА,УС -максимальные сдвиги (на поверхности образца) соответственно в точках Л и С диаграммы кручения; уОІ - остаточный сдвиг с допуском на пластическую деформацию 0.3%.
При исследовании процесса пластического кручения заготовок рассматриваются анизотропно-упрочняющиеся материалы. В связи с этим для описания пластического состояния металлов при немонотонном нагружении необходимо использовать модели анизотропно-упрочняющихся тел. В работе [12] отмечено, что из ряда критериев упрочняющихся тел [21-23] наиболее адекватной реальным свойствам многих конструкционных сталей и цветных сплавов является предложенная Г. Бакхаузом [23] модель начально-изотропного тела с анизотропным упрочнением. В работе [24] представлены также экспериментальные данные, подтверждающие сделанные в [12] выводы относительно данной модели упрочнения. Здесь ,( ) - эквивалентное напряжение, зависящее от накопленной деформации е; S, - компоненты девиатора напряжений; (Xf - компоненты центра поверхности нагружения (или текучести), определяемые согласно модели Г. Бакхауза [23, 39,40] по соотношению Здесь Jo(c) - ннтенсишюсть напряжений, являющаяся функцией накопленной деформации е; de = Jldsi}dct} /3 - приращение накопленной деформации; dc,j - компоненты приращений пластических деформаций; с - переменная интегрирования; р(е) - параметр, характеризующий эффект Баушингера; ф(е-е ) - наследственная функция (или функция "памяти" материала), отражающая свойства металла запоминать предыдущую историю нагружения.
В данной модели предполагается независимость функций о0(е), р(е), ф(е) от вида напряженного состояния и истории нагружения и они рассматриваются как используемые в модели характеристики материала.
Здесь с - накопленная деформация, при достижении которой происходит изменение направления кручения; т(е) - касательное напряжение при монотонном кручении; т(е) - напряжение при деформировании в противоположном направлении при деформациях е с (рис. 1.6). В связи с отмеченным испытания на реверсивное кручение являются более эффективными с точки зрения уменьшения трудоемкости проведения исследований эффекта Баушингера, являющегося одним из существенных проявлений деформационной анизотропии. Для оценки параметра, характеризующего эффект Баушингера, согласно формуле (1.17) при определении условного предела текучести г0, можно использовать соотношение (1.14). Па рис. 1.7 представлен график изменения параметра /? п зависимости от степени предварительной накопленной деформации е для стали Х20Н77Т210Р. Здесь А - опытное значение параметра /?; сплошная линия — усредненное значение указанного параметра. Видно, что параметр /? но мере возрастания деформации в пределах с 0.05 интенсивно убывает, а при О 0,05 становится практически постоянным и равным 0.46. Схема к определению констант в аппроксимирующей функции Если учесть, что для многих исследованных металлов [12, 25] при деформациях е 0,05 параметр р практически не меняется и равен некоторой постоянной рт (рис. 1.8), то для сокращения трудоемкости получения указанного параметра во всем диапазоне изменения деформации е можно ограничиться определением рт при одном значении е в пределах 0,05 - 0,10.
В монографии [24] представлены полученные на основе модели Г. Бакхауза данные решения задачи увеличения прочности валов пластической осадкой их заготовок. Данный метод повышения несушей способности валов может быть эффективно использован в случае изготовления последних из неупрочняемых термической обработкой металлов (некоторые цветные сплавы, малоуглеродистые стали, аустенитные нержавеющие стали и др.).
При проектировании технологических процессов упрочняющей обработки заготовок валов необходимо уметь рассчитывать величину повышенного предела текучести т03, являющейся одной из важнейших характеристик прочности металлов с точки зрения оценки несущей способности элементов конструкций. В связи с этим в работе [24] получены соотношения для расчета касательных напряжений при кручении за пределами упругости пластически осаженных (или растянутых) цилиндрических заготовок.
Устойчивость длинномерных заготовок при их осадке с кручением
В связи с реализацией осадки с кручением длинномерных цилиндрических заготовок возникает насущная потребность разработки соответствующей технологической оснастки. Для деформирования указанных заготовок без потери устойчивости в штампе необходимо использовать поддерживающие элементы, позволяющие осаживать длинномерную заготовку без искривления до больших степеней относительной деформации с.
Для обеспечения осадки заготовки без ее искривления важным является знание оптимальных значений силы Q и интенсивности q, зависящих от размеров заготовки, механических свойств материала последней, определяющих геометрические параметры основных элементов технологической оснастки.
Для расчета сил Q на рис. 2.3 представлена схема нагружения заготовки I силой Р и моментом М через пуансон 2. Здесь п поперечных сил Q приложены перпендикулярно к оси заготовки и направлены в сторону, противоположную направлению ее изгиба. С целью определения указанной силы, проводится анализ устойчивости заготовки при се сжатии с кручением на основе наиболее соответствующему опытным данным критерию положительности работы добавочных нагрузок dP, dM [12], который с учетом действия поперечных сил запишется в виде dPdl + dMdcp + AidQ) 0. (2.23) Здесь dl=dc-l - приращение длины заготовки; 1ф - малое ИЗМЄЕІЄНИС угла поворота концевых сечений заготовки относительно друг друга; A(dQ) - работа добавочной нагрузки dQ. Величину указанного угла поворота определяют по формуле (р = 0 1 = у ПК, (2.24) где 0 - относительный угол поворота концевых сечений заготовки текущей длиной І; у - сдвиг на поверхности заготовки с текущим радиусом R. Анализ критерия (2.23) будет проводиться на основе решения задачи об осадке с кручением цилиндрической заготовки, представленной в п. 2.1.
Результаты анализа уравнения (2.23) показывают, что вторые слагаемые в соотношениях (2.25) по сравнению с первыми их слагаемыми незначительно влияют на величину поддерживающей силы. Поэтому с целью получения достаточно простого по структуре уравнения силы Q решение уравнения (2.23) получают только с учетом первых слагаемых в (2.25).
Данное обстоятельство необходимо учитывать при проектировании штамповой оснастки с поддерживающими элементами для реализации в ней процесса осадки с кручением длинномерной заготовки без искривления. Из рисунка также следует, что деформация кручения и упрочиясмость материала приводят к повышению устойчивости пластического деформирования заготовки.
Если в штампе поддерживающие элементы воздействуют на заготовку как распределенная нагрузка постоянной интенсивности q (см. рис. 2.4), то в критерии (2.23) вместо работы добавочной нагрузки A(dQ) рассматривается работа A{dq), которая будет определяться по соотношению A(dq)=-dq \ydz. (2.35) о С учетом выражения (2.31) это выражение запишется в виде A{dq)=--yJ0([-e)dq. (2.36) Подставив это соотношение в уравнение (2.25), получим после решения последнего искомое значение интенсивности распределенной нагрузки q = qlyQ, (2.37) Д Я ЪЕ \ &&-еУ Если принять во внимание соотношения (1.5) и (2.21), то данное выражение для расчета q можно преобразовать к виду _= 2(.0 + Ю" о+ б + сЧ2-5) (23g) 3 о А, (1 - я)" При чистой осадке (c = 0;Ai=lJ заготовки данное выражение приводится к виду а1 = 2—L L. [V о ; d 239) 1 Е о (1- ) На рис. 2.6 показана зависимость (2.38) - сплошная линия, штриховая линия —для идеально пластического материала (п=0) при тех же принятых в формуле (2.33) характеристиках материала заготовки и ее геометрических размеров (la = 80Л/ЛЇ и /?0=8лш). Как видим, с ростом относительной деформации интенсивность распределенной нагрузки q монотонно возрастает. Из сопоставления представленных на этом рисунке зависимостей также следует, что кручение и упрочняемость материала повышают устойчивость осаживаемой заготовки.
Таким образом, чтобы деформировать длинномерную цилиндрическую заготовку в соответствующей технологической оснастке без искривления, поддерживающие элементы в штампе должны оказывать силовое воздействие на заготовку соответственно функциональным зависимостям (2.32) или (2.37). При этом рассчитываемые по этим соотношениям поперечные силы необходимы для расчета основных геометрических параметров в технологической оснастке (см. гл. 4) 0,1 0,2 0,3 е Рис. 2.6. Зависимость Ц — Ц (е): \ - с=0; 2 - с=4 Полученные в п. 2.1 и 2.2 результаты решения соответствующих задач согласно выполненным научно - исследовательским работам совместно с ФГУП ГЫЦ РФ «ЦНИИТМАШ» используются последним при выполнении проектных работ по внедрению новых технологий ПМТО (МТО) на инструментальных заводах с целью повышения стойкости концевых фрез, разверток и зенкеров, диаметром более 16 мм. 2.3. Устойчивость цилиндрических заготовок при их растяжении с кручением Представленные в п. 2.2 решения задачи об определении поддерживающих нагрузок получены на основе критерия положительности доиавочных нагрузок, используемых в ОМД в основном при исследовании устойчивости пластического формоизменения в случае действия растягивающих напряжений, и пока еще требующего дальнейших экспериментальных проверок. Поэтому с целью экспериментальной проверки правомерности применения указанного критерия при расчете сил Q и интенсивности распределенной нагрузки q критерия устойчивости (2.23), а также соотношений (2.11), в диссертационной работе рассматривается достаточно просто решаемая опытным путем задача об устойчивости цилиндрических заготовок с расчетной длиной /Q и радиусом R при растяжении с кручением, но при A(dQ) = 0.
Увеличение критической деформации удлиняемых заготовок
Во многих операциях обработки металлов давлеЕшем, связанных с действием растягивающих напряжений, предельными технологическими параметрами считают такие, при достижении которых пластическое формоизменение считается неустойчивым и происходит локализация деформации с последующим разрушением заготовки. Зависимость соответствующей деформации от вида деформированного состояния характеризуется диаграммой предельных деформаций [12], которую обычно получают без учета анизотропии упрочнения. Испытание сплошных образцов на совместное растяжение и кручение [12] при монотонном, но сложном деформировании показали, что предельная деформация действительно слабо зависит от истории деформирования. Однако при немонотонном пластическом деформировании, когда после полной разгрузки материала направление деформирования изменяется, критическая деформация может оказаться в значительной зависимости от истории деформирования.
Как известно, критическая деформация тем больше, чем выше упрочняемость материала, характеризуемая производной doVde. При немонотонном деформировании вследствие эффекта Баушингера упрочняемость резко возрастает, и в силу этого появляется возможность увеличения предельной деформации. Данный способ повышения пластической деформируемости материала можно реализовать, например, знакопеременным его нагружением в условиях однородного линейного напряженного состояния.
На рис. 3.11 схематично показана кривая с0(е) при растяжении (1) -сжатии (2) — повторном растяжении (3). Пусть цилиндрический образец растянут вдоль оси (хі) до накопленной деформации с=С\. При последующем сжатии в том же направлении вследствие эффекта Баушингера связь между осевым напряжением а0 и деформацией е определяется кривой 2, расположенной значительно ниже кривой течения материала 1. Если после сжатия до некоторой сравнительно небольшой деформации Ас=С2-с( (с2 -накопленная деформация при сжатии) образец вновь растягивать, то из-за проявления эффекта Баушингера связь между а0 и е будет выражаться кривой 3, па начальном участке которой производная doyde достаточно велика. Пусть потеря устойчивости пластического растяжения произойдет в точке Л при накопленной деформации єз- Тогда предельная деформация будет равна = +2( - ). (3.24)
Как видим, при соответствующем выборе значений деформаций ( и с можно достичь увеличения продольной критической деформации по сравнению с этой же деформацией, но при монотонном растяжении.
Схема знакопеременного деформирования образца Очевидно, что аналогичное увеличение предельной деформации может быть достигнуто и при реализации других схем немонотонного нагружения. В связи с этим можно принять во внимание и такой цикл немонотонного нагружения заготовки: растяжение — кручение — растяжение
В статье [31] впервые были представлены результаты экспериментальных работ но исследованию влияния истории нагружения на величину критической деформации без теоретической предпосылки на базе какой-либо модели материала с анизотропным упрочнением. Были проведены опыты на тонкостенных трубках (из стали 45 с наружным диаметром 21 мм, толщиной стенки 1,5 мм и длиной рабочей части 130 мм) нагружением их в указанном цикле. Критическая деформация для исследованной стали составила -0,16.
Один из образцов после растяжения на первом этапе до деформации Сі ОДЗ испытывался далее по рассматриваемому циклу нагружения. При этом приращение деформаций на последующих этапах кручения и растяжения составило соответственно Дс=0,017 и Дер=0}02. Критическая деформация достигла в данном случае — 0,21.
Второй образец был растянут до Сі=0,154, после чего деформировали его в том же цикле, что и первый. Однако на первых двух этапах растяжения после закручивания Дср=0,015, а на последующих — Дср=0,03. Величину приращений деформаций при кручении задавали Де 0,022. Критическая деформация оказалась равной 0,27.
Таким образом, и этот вид немонотонного нагружения позволяет существенно увеличить (почти на 70%) критическую деформацию удлиняемых стержней.
Рассмотрим данный способ улучшения технологических свойств удлиняемых тонкостенных трубчатых заготовок, используя представленную в п. 1,3 модель Г. Бакхауза. Здесь єк - накопленная критическая деформация в момент потери устойчивости растяжения заготовки (к=3, 5, 7, ...); c2l - накопленная деформация в конце і-го этапа закручивания; с2м - накопленная деформация в конце растяжения перед і-м этапом закручивания заготовки. Таким образом, второе слагаемое із данном выражении представляет собой сумму накопленных деформаций на этане закручивания заготовки.
Схема нагружения заготовки в цикле «Р - К - Р - К - ...» Для оптимизации процесса увеличения критической деформации при рассматриваемом цикле нагружеиия необходимо знать осевое нормальное напряжение в заготовке при ее растяжении после деформации кручения. В связи с этим решается задача оценки указанного напряжения в тонкостенной трубке, т. к. в последней с достаточной точностью реализовывается однородное напряженное состояние при кручении.
Устройство для осадки с кручением заготовок с использованием
Представленные в п. 4.1 конструкции устройства для пластического деформирования заготовок имеют по сравнению с другими аналогичными устройствами преимущество, выражающееся тем, что они достаточно просты в конструктивном отношении из-за наличия винтового механизма, и не требуют больших затрат на их изготовление и эксплуатацию. Однако, онн не позволяют достаточно гибко и непрерывно изменять режимы деформирования заготовки, связанных с комбинированием в последних деформаций сдвига и осадки.
В диссертационной работе с целью расширения технологических возможностей ряда штамповой оснастки рассматривается конструкция устройства для пластической обработки длинномерных цилиндрических заготовок с применением гидромеханизма.
Па рис. 4.15 представлена конструкция данного устройства. Оно состоит из следующих основных элементов.
Корпус 1 цилиндрической формы, в котором устанавливается на радиально-упорном подшипнике 2 нижняя опора 3 в виде зубчатого колеса с расчетным диаметром начальной окружности D. Для установки и нагружения заготовки 4 в зубчатом колесе закреплено с помощью шпоночного и резьбового соединения нижняя круглая плита с радиалыю направленными на ее торце насечками.
Поддерживающие секторы 6, изготовленные разрезкой на 6 или 8 равных частей заготовки в форме усеченного конуса с углом конусности /?, соосным отверстием диаметра d и высотой // . При этом секторы сопрягаются кинематически одновременно с заготовкой 4 но цилиндрической поверхности диаметра d и конической поверхности с обоймой 7, которая в свою очередь сопрягается с корпусом 1 по цилиндрической поверхности диаметра D3. Для деформирования заготовки используется в штампе нагружающий пуансон, состоящий из гидроцилиидра 8 и поршня 9 диаметром Z),. Для предотвращения В нижней части цилиндра устанавливается соосно с ним по прессовой посадке верхняя круглая плита 11 с радиалыю направленными на ее торце насечками.
В стенке гидроцилиндра 8 просверлены соответствующие отверстия для протекания по ним жидкости из его рабочей полости в трубопроводы (на рисунке не показаны) гидросистемы к дроссельному клапану (см. по стрелке А). Для создания опорной плоскости для секторов 6 между ними и зубчатом колесом 3 устанавливается диск 12 с антифрикционной прокладкой 13.
С целью нагружения заготовки скручивающим моментом в штампе применяется реечная передача, состоящая из двух зубчатых реек 14, находящихся в зацеплении с колесом 3, и перемещающихся в противоположных направлениях по касательной к окружности диаметра D. Приводятся в движение рейки посредством гидроцилиндров 16 с поршнями 17 (рис. 4.16а), штоки которых жестко соединены с указанными рейками. При этом приводные гидроцилиндры устанавливаются на планках 15, которые в свою очередь жестко закреплены, например, на корпусе 1.
Штамп работает следующим образом. После установки заготовки 4 на нижнюю плиту 5 между секторами б с сопрягаемой с ними обоймой 7 закрывает штамп сверху нагружающим пуансоном. Далее через поршень 9 и гидроцилиндр 8 производится нагружение заготовки 4 на прессе силой О.
Таким образом, заготовка 4 будет одновременно осаживаться силой Q и скручиваться моментом благодаря наличию радиалЕ но направленных насечек на торцах нижней 4 и верхней II плит. Установленные в штампе секторы 6 и обойма 7 будут при соответствующим значении угла конусности Р обеспечивать деформирование заготовки без искривления. В случае сжатия заготовки вследствие увеличения ее поперечного размера секторы 6 будут перемещаться по опорной торцевой поверхности диска 12 в радиальном направлении. При этом благодаря сопряжению секторов и обоймы 7 по конической поверхности последняя будет также двигаться, но вверх относительно корпуса 1 по его направляющей цилиндрической поверхности, обеспечивая тем самым одновременное перемещение всех секторов, так как движение только одного из них, возможное из-за продольного изгиба заготовки, вызовет заклинивание обоймы в корпусе. Обойма будет подниматься вверх лишь при одновременном движении всех секторов. Таким образом, благодаря обойме 7 заготовка 4 под действием силы Q будет деформироваться без продольного изгиба.
Согласно данному соотношению можно с помощью дроссельного клапана регулировать процесс осадки с кручением заготовки в рассматриваемом устройстве по необходимому заданному технологическому режиму в зависимости от коэффициента с, выражающему отношению угловой деформации у к относительной є (2.21).
Из представленных на рисунке графиков функции к = к(є) следует, что с ростом деформации сдвига у (т. е. коэффициента с) функция к возрастает. В свою очередь с увеличением относительной деформации указанная функция монотонно убывает, При малых угловых деформациях указанная функция почти не изменяется,
Рассмотренная конструкция устройства может быть использована при проектировании и изготовлении штампової! оснастки для пластической обработки длинномерных цилиндрических заготовок в нроизводственных условиях.
