Богодухов С.И., Бондаренко Е.В., Проскурин А.Д. и др. Материаловедение и технологические процессы машиностроительного производства. Лабораторный практикум

Подождите немного. Документ загружается.

241

них между собой (простое сжатие) или равенство одного из них нулю (пло-

ская деформация). В идеальном случае при отсутствии сил трения на поверх-

ности контакта заготовки и рабочего инструмента схема главных напряжений

при осадке соответствовала бы линейному сжатию. Однако в реальных усло-

виях вследствие сил контактного трения схема главных напряжений при

осадке соответствует схеме всестороннего неравномерного сжатия. Степень

деформации при осадке (степень осадки) определяется соотношением (20.1)

−=

, (20.1)

где h и h

– соответственно высота поковки и заготовки.

На величину коэффициента контактного трения при осадке влияет со-

стояние контактирующихся поверхностей инструмента и заготовки, химиче-

ский состав деформируемого металла, температурно-скоростной режим об-

работки и характер приложения нагрузки. Отрицательная роль контактного

трения состоит в том, что оно вызывает неравномерность деформации: пер-

воначально цилиндрическая заготовка приобретает при осадке бочкообраз-

ную форму, а развитие бочкообразности может вызвать продольные трещи-

ны на боковой поверхности заготовки. В результате неравномерности де-

формации получается различная по объёму поковки степень упрочнения и

величина зерна, неравномерное распределение механических свойств метал-

ла.

Кроме того, контактное трение снижает стойкость инструмента, как в

результате непосредственного износа контактной поверхности, так и вслед-

ствие дополнительного нагрева поверхности и увеличения напряжений в свя-

зи с ростом деформирующего усилия.

Деформирующее усилие – это активное усилие, которое должно разви-

ваться кузнечно-штамповочным оборудованием на инструменте по направ-

лению его перемещения. Знание деформирующего усилия, необходимого для

осуществления операции осадки, позволяет правильно выбрать соответст-

вующее оборудование. Для определения величины деформирующего усилия

при осадке необходимо знать величину и распределение напряжений на по-

верхности контакта заготовки и инструмента, а также площадь контактной

поверхности. Однако для практических расчетов используют понятие об

удельном усилии q (среднем давлении) деформирования

−

⋅= qFP

, (20.2)

где Р

– расчетное значение деформирующего усилия, кН;

q – удельное усилие (среднее давление) деформирования, МПа;

F – площадь контактной поверхности, мм

242

Определение удельного усилия деформирования связано с интегриро-

ва-нием дифференциальных уравнений равновесия совместно с так называе-

мым условием пластичности деформируемого металла, что подробно рас-

сматри-вается в теории обработки металлов давлением.

Для определения удельного усилия при осадке цилиндрической заго-

товки рекомендуются формулы, предложенные Е.П.Унксовым.

Для случая

2≤

)

⋅+=

;

для случая

> 2

);

⋅−⋅+=

где d, h – соответственно диаметр и высота поковки, мм;

– истинное сопротивление деформации (напряжение текучести)

металла, МПа;

f - коэффициент контактного трения при осадке.

Для осадки свинцовой заготовки при комнатной температуре, что моде-

лирует условия горячей осадки стальных заготовок, можно принимать

= 30 МПа; f = 0,5 - 0,4.

Определение деформирующего усилия имеет существенное значение

для практики и основной задачей силового анализа процессов обработки ме-

таллов давлением. Вместе с тем, при выборе кузнечно-штамповочного обо-

рудования необходимо знать также работу деформирования. Для рассматри-

ваемого случая практически приемлемой является приближенная формула

М.В. Сторожева.













−+⋅⋅=

−

)(

ln10

где А

– расчетное значение работы деформирования при осадке, Н⋅м;

V – объем исходной заготовки, мм

;

– соответственно диаметр и высота исходной заготовки, мм.

20.3 Порядок выполнения работы

20.3.1 Подготовьте указанную в разделе 20.4 форму таблицы результа-

тов измерений и расчетов;

243

20.3.2 Не включая оборудование, изучите на рабочем месте устройство

и принцип действия испытательной машины или пресса; подготовьте приспо-

собление и заготовки;

20.3.3 Измерьте диаметр и высоту каждой исходной заготовки;

20.3.4 Произведите осадку заготовки при усилии 10, 25, 40 кН

⋅

100

где q

– давление по манометру, кгс/см

;

Р – заданное деформирующее усилие при поэтапной осадке, кН;

– площадь поперечного сечения рабочего поршня гидравличе-

ского пресса, см

20.3.5 Выключите оборудование, уберите на место приспособление,

инструменты;

20.3.6 Обработайте результаты эксперимента, проведите необходимые

расчеты, используя формулы и соотношения

ddd

ср

где d

ср

– средний диаметр поковки, мм;

ср

⋅

;

Относительную погрешность

∆

определения деформирующего уси-

лия рассчитайте по формуле

100

=∆

20.3.7 Постройте графики (см. рисунок 20.2) зависимости

=f (S); P=f (S),

где путь осадки S, м, представляет собой разность

S = 10

-3

– h ).

20.3.8 Для каждого этапа осадки определите фактическую работу де-

формирования А, как площадь (с нарастающим итогом) под кривой 2 (см. ри-

сунок 20.2), рассчитайте относительную погрешность

∆

, % по формуле

100

АА

=∆

244

I – расчётный; 2 – фактический (экспериментальный)

Рисунок 20.2 – Энергосиловой график процесса осадки

20.4 Содержание отчёта

20.4.1 Цель работы.

20.4.2 Эскизы исходной заготовки и поковки (см. рисунок 20.1) и гра-

фики 1 и 2 процесса осадки (см. рисунок 20.2).

20.4.3 Описание сущности и области применения операции осадки.

20.4.4 Результаты измерений и расчетов (в форме прилагаемой табли-

цы), а также расчетные формулы с расшифровкой параметров.

Таблица для занесения результатов работы

Результаты измерения и расчетов.

Исходная заготовка: d

= ….. мм, h

= ….. мм.

20.4.5 Выводы.

Размеры

поковки,

мм

тапы

осад-

ки

1 2 б

ср

Па

·М

245

20.5 Контрольные вопросы

20.5.1 Что называется осадкой?

20.5.2 Объясните, почему при осадке наблюдается бочкообразование.

Как предотвратить это явление?

20.5.3 Как строится энергосиловой график процесса осадки?

20.5.4 Как рассчитывают степень деформации при осадке?

20.5.5 Как рассчитывают величину деформирующего усилия при осад-

ке?

20.5.6 Расскажите об устройстве и принципе работы пресса (испыта-

тельной машины) для осадки заготовок.

246

21 Лабораторная работа № 21

Устройство и работа гидравлического пресса

21.1 Цель работы

21.1.1 Ознакомление с устройством и работой гидравлического пресса

на примере пресса 1Д2037.

21.1.2 Освоение методики расчёта усилия прессования при заданном

удельном усилии.

21.2 Общие сведения

Действие гидравлических прессов основано на законе гидравлическо-

го давления Паскаля. Схема пресса показана на рисунке 21.1.

1 – главный цилиндр; 2 – поршень;

3 – ползун; 4 – стол; 5 – выталкиватель

Рисунок 21.1- Схема гидравлического пресса

В верхнюю (поршневую) полость главного цилиндра 1 пресса (рису-

247

нок 21.1) подается рабочая жидкость (масло) высокого давления, которая да-

вит на поршень 2 и перемещает его вместе со штоком и ползуном 3 вниз. В

нижней части ползуна крепится прессовый инструмент (пуансоны, верхние

половины пресс-форм, верхние части штампов и т.д.). Вторая часть инстру-

мента (матрицы, нижние половины пресс-форм, нижние части штампов) кре-

пится к столу пресса Обратный подъем ползуна совершается путем подачи

рабочей жидкости в нижнюю (штоковую) часть главного цилиндра. Извлече-

ние готового изделия из пресс-формы производится с помощью выталкива-

теля 5, установленного в нижней части пресса.

Гидравлические прессы используют для прессования профильных из-

делий, глубокой втяжки металла, листовой штамповки, изготовления де-

талей из металлических порошков, получения пластмассовых изделий и т.д.

Кафедра МТМ располагает гидравлическими прессами с номинальными

усилиями от 0,1 до 4 МН. Среди них 1Д2037, ПЛ474, П6320 и др.

Данная лабораторная работа посвящена изучению устройства и работы

гидравлических прессов на примере пресса IД2037. Расчёт усилия пресса для

достижения заданного удельного усилия производится по формуле

Р =

где Р – усилие, создаваемое прессом в направлении, нормальном к

рассматриваемому сечению заготовки, МН;

р – удельное усилие прессования, ковки, штамповки и т.д., МПа;

F – площадь поперечного сечения заготовки, м

21.3 Гидравлический пресс 1Д2037

Основные технические характеристики гидравлического пресса

1Д2037:

- номинальное усилие пресса, т ……………………………….4

- наибольший ход ползуна, мм ………………………………...720

- открытая высота пресса (расстояние между столом и поднятым

ползуном), мм ………………………………………………….1200

- расстояние к свету (между стойками), мм…………………...1100

- размеры рабочей поверхности ползуна, мм …………………1250х1000

- размеры рабочей поверхности стола, мм ……………………1250х1000

Основные сборочные единицы пресса смонтированы на станине 2 (ри-

сунок 21.2), представляющей собой сварную конструкцию коробчатой фор-

мы. В верхней части станины установлен главный цилиндр 1, в нижней – ци-

линдр выталкивателя.

В левой нише станины расположены трубопроводы, а в правой – пане-

ли электрооборудования пресса. Массивная плита 8 с центральным отверсти-

248

1 - главный цилиндр; 2- станина; 3- ползун; 4- направляющие;

5- манометр; 6- пульт управления; 7- гидропривод; 8- стол

Рисунок 21.2 - Общий вид гидравлического пресса 1Д2037

ем и «Т» - образными пазами является столом пресса. На столе закреп-

ляют пресс-формы, штампы или иной прессовый инструмент. На горизон-

тальных листах расположены регулируемые призматические направляющие

4, по которым перемещается ползун 3.

Ползун пресса представляет собой пустотелую, открытую сверху, чу-

гунную отливку коробчатой формы, усиленную ребрами жесткости. На рабо-

чей плоскости ползуна имеются центральное отверстие и «Т» - образные па-

зы, предназначенные для крепления подвижных частей прессовой оснастки.

249

На верхней центральной части ползуна расположено присоединительное

мсто для крепления к штоку главного цилиндра 1.

На прессе установлен главный цилиндр поршневого типа. В стальном

корпусе, закрытом сверху крышками, находится поршень, насаженный на

шток. Уплотнение крышек и штока достигается резиновыми манжетами,

поршня – чугунными поршневыми кольцами. Подвод рабочего масла в

поршневую полость осуществляется через торец крышки, а в штоковую – че-

рез штуцер.

Выталкиватель по конструкции и принципу действия сходен с главным

цилиндром пресса.

В качестве гидравлического привода пресса служит гидроагрегат,

представляющий собой самостоятельную установку. Помимо гидроагрегата

в систему привода пресса входит станция гидропривода, являющаяся допол-

нением к гидроагрегату и позволяющая обеспечивать высокие рабочие ско-

рости главного цилиндра и выталкивателя. Станция гидропривода состоит из

бака с маслоохладителем, гидропанели и насосной установки, обеспечиваю-

щей наряду с насосами гидроагрегата, высокое давление жидкости. Гидропа-

нель представляет собой устройство с системой клапанов и золотников,

обеспечивающих направление масла в ту или иную полость цилиндров. Гид-

ропанель соединена системой трубопроводов с насосами, главным цилин-

дром и цилиндром выталкивателя. Станция гидропривода соединена с гидро-

агрегатом специальной трубой.

Управление работой пресса осуществляется нажатием кнопок на пуль-

те управления 6, расположенном на правой стойке станины пресса. Масло

поступает в соответствующую полость цилиндра до тех пор, пока нажата

кнопка. При включении кнопки 1 «двигатель пуск» (рисунок 21.3.) начинают

работать двигатели пресса, приводящие в действие насосы гидропривода.

После нажатия кнопки 3 «ползун вниз» включается электромагнит Э2 (рису-

нок 21.4.); золотник 1 смещается вправо, и масло от лопастного насоса на-

правляется в поршневую полость главного цилиндра. Туда же направляется

масло от насоса гидроагрегата.

Жидкость из штоковой полости через поддерживающий и обратный

клапаны объединяется в золотнике реверса с основным потоком от насосов и

направляется в поршневую полость главного цилиндра, т.е. осуществляется

перелив масла из штоковой полости в поршневую. Ползун идет вниз.

После достижения заданного давления (давление контролируется по

показаниям манометра 5, пересчет показаний манометра и усилия пресса

представлен в таблице 21.1.) кнопку «ползун вниз» отпускают и после вы-

держки при давлении нажимают кнопку 3 «Ползун вверх» (рисунок 21.3),

при этом электромагнит Э2 (рисунок 21.4.) обесточивается, и включаются

электромагниты Э1 и Э3. Золотник 1 смещается влево, и масло от лопастного

насоса поступает в штоковую полость главного цилиндра. Из поршневой по-

лости жидкость через золотник реверса направляется в бак. Поршень вместе

с ползуном поднимается вверх.

250

1 – кнопка включения двигателя; 2 – кнопка выключения

двигателя; 3 – кнопка «Ползун вниз»; 4 – сигнальная лампа «Сеть»;

5 – рукоятка наладки; 6 – тумблер «выдержка с двигателем»;

7 – тумблер «Работа с подпрессовкой»; 8 – кнопка «Ползун вверх»;

9 – аварийный разъём (общий «Стоп»).

Рисунок 21.3 - Пульт управления

Таблица 21.1 - Усилия пресса 1Д2037

Показания

манометра,

кг/см

Усилие

пресса, МН

Показания

манометра,

кг/см

Усилие

пресса, МН

0,0 0,0

31,1 0,5 155,7 2,5

62,2 1,0 186,6 3,0

93,6 1,5 217,5 3,5

124,3 2,0 248,1 4,0