22142

Энергосиловые параметры операций ОМД

Лекция

Производство и промышленные технологии

Расчёт мгновенного значения силы деформирования. Удельная сила деформирования. Силой деформирования называют результирующую силу элементарных сил действующих со стороны штампа на металлическую заготовку.

Русский

2013-08-04

177.5 KB

8 чел.

Тема №1 «Энергосиловые параметры операций ОМД»

  1.  Сила деформирования. Расчёт мгновенного значения силы деформирования. Удельная сила деформирования.
  2.  График технологических нагрузок.
  3.  Работа пластической деформации. Расчёт работы пластической деформации.
  4.  Мощность пластической деформации.

  1.  Общее понятие силы – силой называют векторную величину, характеризующую такое действие на данное тело других тел (или полей),  которое может вызвать ускорение или деформацию тела.

Силой деформирования называют результирующую силу элементарных сил, действующих со стороны штампа на металлическую заготовку.

Элементарными силами являются нормальные контактные напряжения и контактные напряжения трения, действующие по нормали и по касательной к элементу контактной поверхности между штампом и заготовкой.

Рис.1 υд – вектор скорости деформирования , сонаправлен с перемещением подвижного штампа; индекс 1 означает принадлежность эпюр к верхней подвижной части штампа, 2 – к неподвижной.

Выделим бесконечно малый элемент верхней контактной поверхности заготовки с площадью dS, в пределах которого σн и τк можно считать постоянными.

Тогда сила действующая на этот элемент заготовки по нормали

dPn=σndS

Сила, действующая на этот элемент поверхности заготовки касательно к нему:

dPτ= τкdS

Полная элементарная сила:  .

Если всю поверхность контакта разбить на элементарные площади, то для каждой из них можно вычислить элементарную силу dP.

Если все эти элементарные силы сложить по правилу сложения векторов, то получим равнодействующую силу – сил действующих на заготовку сверху и составляющую в общем случае с осями координат различные углы.

Равнодействующую силу  всех элементарных, нормальных и касательных сил действующих на заготовку со стороны подвижной части штампа называют силой деформирования.

Нижнюю контактную поверхность также можно разбить на элементы, рассчитать элементарные силы по этим площадкам и векторно их сложить.

Равнодействующая этих сил  есть сила реакции со стороны нижней неподвижной части штампа.

По второму закону Ньютона пренебрегая силой тяжести () заготовки можно записать

переходя к модулям

где  a – усредненное значение по объему заготовки ускорения частиц составляющих заготовку.

Обычно  a – мало и им пренебрегают (так, например, поступают при выводе дифференциальных уравнений равновесия) поэтому:

 то есть силу деформирования можно рассчитать как сумму всех элементарных сил действующих на нижнюю контактную поверхность заготовки.

При разработке операции ОМД обычно требуется информация не о модуле и направлении силы , а о составляющих силы  – проекциях силы на оси OZ, OX, OY.

Подвижный рабочий орган машины (ползун у механического пресса, траверса у гидравлического пресса) перемещается, как правило, вдоль одной из осей, например, OZ.

Составляющая  Pz действует на заготовку в направлении движения подвижного рабочего органа машины при ее упругопластическом формоизменении.

Рис.2   ν – нормаль к элементу поверхности dS

Проекция элементарной силы dP на ось OZ:

, где α – угол между нормалью ν к элементу и осью OZ.

Заметим что  – площадь проекции dS на плоскость XOY;

– площадь проекции dS на плоскости YOZ

Тогда

Интегрируя это выражение по всей поверхности получим:

 .                                                       (0)

Часто τk=0 (относительного скольжения нет) на конечных стадиях заполнения штампа металлом, поэтому:

.                                                                        (1)

В практике расчётов обычно принимают

,  где Sz площадь проекции контактной поверхности заготовки с подвижным инструментом на плоскость перпендикулярную оси, вдоль которой перемещается инструмент.

Взятие интеграла (1) достаточно трудоёмкая задача даже при известном распределении σn. Интегрирование можно заменить суммированием:

  (2)

Покажем это на примере осесимметричной заготовки. Эпюра нормальных напряжений и размеры заготовки соответствующие данному моменту формоизменения рассчитаны предварительно:

Рис.3

где  σср,i – средняя величина нормального напряжения по i-му элементу контактной поверхности ;

- площадь проекции i-го элемента поверхности на плоскость перпендикулярную вектору υд.

Другие составляющие силы ; проекции Px и Py также можно найти аналогично Pz. Эти составляющие оказывают влияние на силу трения в направляющих кузнечно-штамповочной машины, на износ этих направляющих.

Сила деформирования Pд как и её составляющие по ходу формоизменения заготовки изменяется. Это обусловлено следующими причинами: изменением площади контактной поверхности, изменением  напряжения течения металла, изменением контактных напряжений трения.

  1.  При разработке операции ОМД важно знать не только максимальное значение силы деформирования Pд max, которое обычно имеет место на конечной стадии формоизменении заготовки, но и требуется информация о Pд в каждый момент времени формоизменения заготовки в операции.

Графическая зависимость силы деформирования от перемещения штампа называется графиком технологических нагрузок.

По оси абсцисс для каждой точки графика откладывается перемещение подвижной части штампа, отсчитываемое от самого нижнего его положения до текущего (мгновенного) положения против действительного перемещения.

Рис.4  Sр – рабочий ход штампа [мм]; точка O3 – соответствует началу операции ОМД; точка О – окончанию операции ОМД.

Количество расчетных точек графика произвольно, но не менее 3-х, чем больше, тем лучше. Для того чтобы построить график необходимо знать эпюры σn и τk в моменты времени формоизменения заготовки соответствующие перемещениям штампа (точкам О, О1, О2, О3 и т.д. Оi).

Инженерными методами позволяющими рассчитать эпюры σn и τk являются методы: СРДУР и УП.

Алгоритм расчета координат каждой точки графика следующий:

  1.  Расчет эпюр σn и τk по подвижной контактной поверхности или функций σn=f(x,y,z) и τk=f1(x,y,z);
  2.  Расчет текущего значения модуля перемещения подвижного штампа (О3О2, О3О1, О3О и т. д.);
  3.  Расчет силы деформирования – взятие интеграла (0) или (1), или вычисление суммы (2), соответствующей перемещению подвижного штампа (О3О2, О3О1, О3О и т. д.);
  4.  Построение точки графика с координатами .

Расчет сил деформирования и графика технологических нагрузок можно осуществить и др. путем – путем использования так называемых типовых графиков операций ОМД. Эти графики для некоторых операций приводятся в книге Банкетов А.Н. и др. «Кузнечно-штамповочное оборудование». М. Машиностроение, 1982г. 576с. стр. 128-129) и получены обобщением экспериментальных данных измерения силы деформирования Pд и хода штампа в операции. Типовые графики приводятся в безразмерных относительных единицах:

Например, при холодной калибровке- чеканке:

Рис.5  PH – номинальная сила выбранного пресса для осуществления операции холодной калибровки-чеканки;

H – полный ход ползуна пресса.

Зная H и PH выбранного пресса типовой график в относительных единицах можно перестроить в график в абсолютных единицах Pд/PH(S/H) в Pд(S).

Например, H=200 мм   PH=1 МН

точке (0,01; 0,8) типового графика будет соответствовать точка графика технологических нагрузок (2; 0,8)

точке (0,015; 0) будет соответствовать точка (3; 0) и т.д.

Отметим, что не для всех операций в литературе можно найти типовые графики.

График технологических нагрузок операции и построенный в той же системе координат график допускаемых сил на рабочем органе кузнечно-штамповочной машины сравниваются между собой, и на этой основе принимается окончательное решение о возможности использования данного оборудования для осуществления операции.

Рис.6

1 – график допускаемых сил

2- график технологических нагрузок

В случае рис.6 использовать оборудование характеризующееся графиком 1 нельзя.

Следующим силовым параметром, который обычно используется при оценке стойкости штампа, является удельная сила деформирования p[Па], [МПа], [кПа].

Удельной силой деформирования называют отношение , где Sz – площадь контактной поверхности на плоскость перпендикулярную оси OZ, вдоль которой перемещается подвижная часть штампа.

p как Pд в ходе операции изменяются поэтому обычно оценивают pmax и использует его для оценки стойкости и проектирования инструмента.

  1.  Рабочее звено кузнечно-штамповочной машины действует на заготовку через штамп. По третьему закону Ньютона, с такой же примерно силой по модулю, но в противоположном направлении заготовка действует на рабочее звено.

Следовательно, механическую работу, совершаемую рабочим звеном за время рабочего хода штампа Sр можно вычислить как:

            (3)

Эту работу называют работой деформирования. Как видно из (3) для её расчета необходима аналитическая зависимость Pд(S). Обычно не берут интеграл (3), а оценивают площадь под графиком технологических нагрузок.

Геометрический смысл определенного интеграла заключается в том, что интеграл представляет собой площадь ограниченную кривой , осью абсцисс и прямыми  и .

Рис.7

Механическая энергия (работа деформирования) – расходуется на преодоление внутренних сил (работа пластической деформации) и частично на преодоление сил трения.

Пример (осадка параллелепипеда без трения), рис.8:

 

Рис.7

Работу внутренних сил называют работой пластической деформации. В элементарном объеме dV в котором Tσ=const  Tτ=const.

или

если учесть зависимость σi(εi)- диаграмму деформирования:

- удельная работа.

Рис.8

Работа пластической деформации:

                                 (4)

или приближенно

    (5)

где Vз – объем заготовки, εi,k – значение интенсивности деформации в элементарном объеме dVk , xk, yk, zk – размеры заготовки в направлении осей x,y,z.

Взятие интегралов (4) и (5) представляет собой достаточно трудоемкую задачу.

Обычно интеграл заменяют суммой.

Заготовку разбивают на конечные объемы V1, V2, V3, V4, Vi, оценивают в каждом среднее значение  и вычисляют сумму:

    (7)

Работа пластической деформации непрерывно увеличивается по ходу операции, от 0 до максимального значения.

где γijкомпоненты тензора деформаций

  1.  Мощность пластической деформации

или

- среднее значение интенсивности скорости деформации для j-го объема.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

76624. Февральская буржуазно-демократическая революция 31 KB
  Поскольку революция 1905-1907 гг. не решила экономических, политических и классовых противоречий в стране, то она явилась предпосылкой февральской революции 1917 года. Участие царской России в первой мировой войне показало неспособность ее экономики на выполнение военных задач.
76625. Октябрь 1917 г. Установление власти большевиков 37.5 KB
  Установление власти большевиков Причины октябрьской революции 1917 года: усталость от войны; промышленность и сельское хозяйство страны оказались на грани полного развала; катастрофический финансовый кризис; нерешенность аграрного вопроса и обнищание крестьян; оттягивание социальноэкономических реформ; противоречия Двоевластия стали предпосылкой для смены власти. Двоевластие окончилось победой буржуазии. Главной целью октябрьской революции было завоевание власти Советами. ВРК объявил о свержении Временного правительства и передаче...
76626. Гражданская война в России. «Военный Коммунизм» 38.5 KB
  Официально началом войны считаются бои в Петрограде ставшие началом Октябрьской революции то есть октябрь 1917 г. Есть также версии относящие начало войны к началу Февральской революции 1917 г. По поводу окончания войны также нет единодушного мнения: одни ученые и их большинство считают концом войны взятие Владивостока то есть октябрь 1922 г. Причины войны.
76627. Новая экономическая политика (Нэп) 31.5 KB
  По мнению Ленина сущность НЭПа была в налаживании союза между рабочими и крестьянами. Ленин сделал правильный тактический ход попытавшись с помощью НЭПа выйти из кризиса и проскочив опасный период похоронить эту политику. В политику НЭПа были введены и опробованы элементы долгосрочного планирования. Это явилось причиной отказа от политики НЭПа и его свертывания в сельском хозяйстве затем в промышленности а в 30е годы в торговле.
76628. Формирование тоталитарного режима в СССР в 1930-е годы 27 KB
  Во главе небольшой группы политической элиты находится харизматичный лидер любое его слово воспринимается элитой и нацией почти как божественное откровение. не было единства внутри политической элиты существовали оппозиции авторитет нового вождя И. Однако Конституция стала лишь идеологическим прикрытием тоталитарной политической системы.
76629. Форсированная индустриализация в СССР в 1930-е годы 33.5 KB
  Однако Советское государство продолжало отставать от ведущих мировых держав по основным промышленным показателям поэтому основными стали проблемы модернизации промышленности – эта экономическая политика получила название социалистическая индустриализация. Главными особенностями первой пятилетки 1928-–1932 были высокие темпы сжатые сроки акцент на строительство предприятий тяжелой промышленности использование внутренних источников накопления перекачка средств из деревни займы у населения и др. В годы второй пятилетки 1933–-1937...
76630. Коллективизация в СССР в 1930-е годы 34 KB
  Официально коллективизация началась 7 ноября 1929 г. Одновременно осуществлялись две группы мероприятий – сплошная коллективизация массовое насильственное создание колхозов и раскулачивание. Сталину становится ясно что сплошная коллективизация может привести к серьезному экономическому и политическому кризису – в хлебных районах возникали стихийные восстания крестьян шел массовый забой скота начались волнения в армии. сплошная коллективизация возобновилась.
76631. СССР в 1939-1941 гг. Начало второй мировой войны 38.5 KB
  Новые секретные договоренности давали СССР возможность свободы действий в создании сферы безопасности у его западных границ закрепляли присоединение западных областей Белоруссии и Украины позволили Советскому Союзу заключить договоры о взаимной помощи 28 сентября 1939 г. По данным договорам СССР получил право размещения в республиках Прибалтики своих войск и создания на их территориях морских и воздушных баз. Сталин пошел на передачу в руки гестапо многих сотен немецких антифашистов скрывавшихся в СССР от нацистов а также произвел...
76632. Великая Отечественная Война: характер, этапы, итоги 36 KB
  Война между СССР и Германией в рамках Второй Мировой войны закончившаяся победой Советского Союза над фашистами и взятием Берлина. Причины Великой Отечественной Войны После поражения в Первой Мировой войне Германия осталась в крайне тяжелом экономическом и политическом положении однако после прихода к власти Гитлера и проведения реформ страна смогла нарастить свою военную мощь и стабилизировать экономику. Основные тапы Великой Отечественной войны Начальный период войны 22 июня 1941 18 ноября 1942. Третий период войны 19431945 гг.