Сидельников С.Б. и др. Теория процессов кузнечно-штамповочного производства. Практикум

Подождите немного. Документ загружается.

ТЕОРИЯ ПРОЦЕССОВ

КУЗНЕЧНО-

ШТАМПОВОЧНОГО

ПРОИЗВОДСТВА

Банк тестовых заданий в системе UniTest

Учебная программа дисциплины

Конспект лекций

Методические указания по самостоятельной работе

Практикум

Красноярск

ИПК СФУ

2008

Электронный

учебно-методический комплекс

УДК 621.73.073

ББК 34.623

Т33

Авторы:

С. Б. Сидельников, Н. Н. Довженко, В. И. Бер, В. И. Белокопытов, И. С. Гоголь,

Р. Е. Соколов

Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине «Теория процессов кузнечно-

штамповочного производства» подготовлен в рамках инновационной образовательной программы

«Создание интегрированной образовательной программы по направлениям многоуровневой подготов-

ки специалистов высшего профессионального образования в области новых материалов и технологий»,

реализованной в ФГОУ ВПО СФУ в 2007 г.

Рецензенты:

Красноярский краевой фонд науки;

Экспертная комиссия СФУ по подготовке учебно-методических комплексов дис-

циплин

Т33 Теория процессов ковки и штамповки. Версия 1.0 [Электронный ресурс] :

практикум / С. Б. Сидельников, Н. Н. Довженко, В. И. Бер и др. – Электрон.

дан. (1 Мб). – Красноярск : ИПК СФУ, 2008. – (Теория процессов кузнечно-

штамповочного производства : УМКД № 64-2007 / рук. творч. коллектива

С. Б. Сидельников). – 1 электрон. опт. диск (DVD). – Систем. требования : Intel

Pentium (или аналогичный процессор других производителей) 1 ГГц ; 512 Мб

оперативной памяти ; 1 Мб свободного дискового пространства ; привод DVD ;

операционная система Microsoft Windows 2000 SP 4 / XP SP 2 / Vista (32 бит) ;

Adobe Reader 7.0 (или аналогичный продукт для чтения файлов формата pdf).

ISBN 978-5-7638-1058-5 (комплекса)

ISBN 978-5-7638-1425-5 (практикума)

Номер гос. регистрации в ФГУП НТЦ «Информрегистр» 0320802399

от 21.11.2008 г. (комплекса)

Настоящее издание является частью электронного учебно-методического комплекса по дисциплине «Теория

процессов кузнечно-штамповочного производства», включающего учебную программу, конспект лекций, практи-

кум «Теория процессов ковки и штамповки», методические указания по самостоятельной работе, контрольно-

измерительные материалы «Теория процессов кузнечно-штамповочного производства. Банк тестовых заданий»,

наглядное пособие «Теория процессов кузнечно-штамповочного производства. Презентационные материалы».

В пособии приведены задания для практических занятий по расчету параметров формоизменения и энергоси-

ловых затрат основных операций ковки, листовой и объемной штамповки. Для самостоятельной работы даны ва-

рианты расчетных заданий, а также основные формулы и справочные данные для их выполнения.

Предназначен для студентов направления подготовки специалистов 150100.65 и магистров 150100.68 «Ме-

таллургия» укрупненной группы 150000 «Материаловедение, металлургия и машиностроение».

Рекомендовано к изданию

Инновационно-методическим управлением СФУ

Редактор Л. Х. Бочкарева

Разработка и оформление электронного образовательного ресурса: Центр технологий элек-

тронного обучения информационно-аналитического департамента СФУ; лаборатория по разработке

мультимедийных электронных образовательных ресурсов при КрЦНИТ

Содержимое ресурса охраняется законом об авторском праве. Несанкционированное копирование и использование данного про-

дукта запрещается. Встречающиеся названия программного обеспечения, изделий, устройств или систем могут являться зарегистрирован-

ными товарными знаками тех или иных фирм.

Подп. к использованию 01.10.2008

Объем 1 Мб

Красноярск: СФУ, 660041, Красноярск, пр. Свободный, 79



Теория процессов ковки и штамповки. Практикум

-3-

ВВЕДЕНИЕ................................................................... 5

1. РАЦИОНАЛЬНЫЙ РАСКРОЙ ЛИСТА НА

ПРЯМОУГОЛЬНЫЕ ДЕТАЛИ

С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ .............................................. 6

Задание ............................................................................................................... 9

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ РЕЗКИ НА

ГИЛЬОТИННЫХ НОЖНИЦАХ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ

УГЛА СТВОРА НОЖЕЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ ..... 10

Задание ............................................................................................................. 12

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОГО УСИЛИЯ

ДЕФОРМАЦИИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УГЛА ПРИ

ОДНОУГЛОВОЙ ГИБКЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ .... 14

Задание ............................................................................................................. 16

4. РАСЧЕТ РАДИАЛЬНЫХ И ТАНГЕНЦИАЛЬНЫХ

НАПРЯЖЕНИЙ И УСИЛИЯ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ

ВЫТЯЖКЕ ДЕТАЛЕЙ БЕЗ УТОНЕНИЯ СТЕНОК С

ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ ................................................ 17

Задание ............................................................................................................. 18

5. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ ПРИ

ПРОТЯЖКЕ БРУСА ПРЯМОУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ 20

Задание ............................................................................................................. 28

6. РАСЧЕТ УДЕЛЬНОГО УСИЛИЯ ПРИ ОТКРЫТОЙ И

ЗАКРЫТОЙ ПРОШИВКЕ ........................................... 30

Задание ............................................................................................................. 34

7. ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ

БОЧКООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ОСАДКЕ ПОЛОСЫ ..... 35

Задание ............................................................................................................. 37

ОГЛАВЛЕНИЕ



Теория процессов ковки и штамповки. Практикум

-4-

8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ЗАГОТОВКИ И

УСИЛИЯ ПРИ ШТАМПОВКЕ В ОТКРЫТЫХ И

ЗАКРЫТЫХ ШТАМПАХ КРУГЛОЙ В ПЛАНЕ

ПОКОВКИ................................................................... 39

Задание ............................................................................................................. 42

9. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ ..................................... 44

9.1. Основы теории процессов листовой штамповки ............................... 44

9.2. Основы теории процессов ковки .......................................................... 47

9.3. Основы теории процессов объемной штамповки .............................. 49

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ........................... 51

ПРИЛОЖЕНИЕ А ....................................................... 52



Теория процессов ковки и штамповки. Практикум

-5-

Данное учебное пособие является составной частью учебно-методичес-

кого комплекса по дисциплине "Теория процессов кузнечно-штамповочного

производства".

В результате изучения данной дисциплины студент должен уметь:

выбирать и рассчитывать необходимое оборудование с учетом решения задач

энерго- и ресурсосбережения, а также защиты окружающей среды от техно-

генных воздействий производства; оценивать технические и организацион-

ные решения с позиций достижения качества продукции; выбирать методы

испытаний; анализировать и обрабатывать результаты исследований и изме-

рений; использовать на практике методы расчета параметров технологиче-

ских процессов КШП.

В связи с вышеизложенным, основным содержанием пособия являют-

ся теоретические аспекты расчетов операций кузнечно-штамповочного про-

изводства в виде практикума для проведения практических занятий.

При написании пособия использовались работы авторов, перечислен-

ные в библиографическом списке, в которых изложены отдельные теорети-

ческие положения той или иной операции и справочные материалы.

В данном учебном пособии приведены расчетные задания, позволяю-

щих закрепить знание теоретических материалов. При этом акцент сделан на

самостоятельную работу по заданному варианту заданий. Для проверки ре-

зультатов расчетов разработаны и внедрены в учебный процесс программы

для определения искомых параметров, реализованные на ЭВМ.

Задания к практическим занятиям охватывают операции ковки, листо-

вой и объемной штамповки и дают возможность анализа процессов формо-

изменения металла и расчета энергосиловых параметров для различных опе-

раций кузнечно-штамповочного производства. В приложении приведены

необходимые справочные данные для расчета технологических параметров и

энергосиловых характеристик.

Материалы настоящего учебного пособия изданы в виде методиче-

ских указаний и применялись в течение ряда лет для обучения студентов

специальности «Обработка металлов давлением» в институте цветных ме-

таллов и золота (г. Красноярск).



Теория процессов ковки и штамповки. Практикум

-6-

Раскрой листов применяют в листовой штамповке, которая имеет ряд

технологических и экономических преимуществ перед другими способами

обработки металлов давлением: получение жестких и прочных деталей мало-

го веса и сложной формы; высокая производительность на основе автомати-

зации; экономное использование материала; низкая стоимость изделий [1

Изделия штампуют из полосовой, листовой или ленточной заготовок

сталей, цветных металлов, металлов с пластмассовыми покрытиями. По спо-

собу пластической деформации штамповку листа подразделяют на резку,

гибку, вытяжку и формовку. В зависимости от толщины заготовки различают

тонколистовую (до 4 мм) и толстолистовую штамповку; заготовки толщиной

более 15–20 мм штампуют в горячем состоянии. В одном штампе обычно

экономически выгодно совмещать несколько операций штамповки.

Основные операции листовой штамповки делятся на разделительные

(отрезка, вырубка, пробивка, обрезка, надрезка и т. п.) и формообразующие

(гибка, скручивание, закатка, правка, вытяжка, рельефная формовка, отбор-

товка, чеканка, редуцирование, высадка и т. д.) [2

]. Общим для них является,

во-первых, применение заготовки из плоского проката, во-вторых, незначи-

тельное изменение толщины заготовки в операциях листовой штамповки.

Разделительные операции листовой штамповки подразделяются по типу ис-

пользуемого инструмента (оборудования) на две подгруппы: резку металла

ножницами, являющуюся в большинстве своем заготовительной, и резку ме-

талла штампами.

Для разделительных и формоизменяющих операций листовой штам-

повки применяют различные виды оборудования. Основным из них являются

кривошипные листоштамповочные прессы различного усилия. Кроме того, в

цехах листовой штамповки применяются гильотинные ножницы, гидравли-

ческие и чеканочные прессы, гибочные автоматы, агрегаты лазерной резки и

др. В качестве инструмента применяют штампы, конструкция которых может

быть и достаточно простой (вырубной штамп), и достаточно сложной (штам-

пы совмещенного или последовательно действия).

Разделительные операции применяются для раскроя листовых мате-

риалов, под которым понимают принятое расположение штампуемых дета-

лей (заготовок) на листе, полосе или ленте. При этом раскрой должен обес-

печивать минимальный расход металла, простоту конструирования штампа и

высокую производительность. При резке листа различают поперечный, про-

дольный и комбинированный (рис. 1.1

) виды раскроя. При резке полос – рас-

крой с отходами, с частичными отходами и безотходный виды раскроя.

1. РАЦИОНАЛЬНЫЙ РАСКРОЙ ЛИСТА НА ПРЯМОУГОЛЬНЫЕ ДЕТАЛИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ



Теория процессов ковки и штамповки. Практикум

-7-

Рис. 1.1. Расположение ряда раскроя при комбинированной схеме

раскроя листа

Потери при раскрое зависят от геометрической формы детали, не-

кратности листового материала, величины перемычек (межконтурных и

внешних) и припусков на обрезку. Выделяют также различные виды раскроя:

многорядный, наклонный, встречный, и др. Выбор варианта раскроя позво-

ляет оптимизировать процесс и получить наиболее высокий коэффициент

использования металла, который в общем случае определяется как отноше-

ние суммарной площади готовых деталей к площади заготовки.

Решение задачи рационального раскроя листа на прямоугольные заго-

товки предложено в работе [3

] и представлено в виде машинного алгоритма

авторами работы [4

]. В его основе лежит «метод индексов», дающий воз-

можность привести размеры листа и детали к нормам (индексам), что позво-

ляет довольно быстро найти вариант раскроя, обеспечивающий максималь-

ный коэффициент использования металла.

Исходными данными при решении задачи являются размеры прямо-

угольного листа (А, В) и детали (а, b). Последовательность расчетов может

быть представлена в виде следующего алгоритма.

1. Зная отношение

bа

, с помощью приближенных вычислений, вы-

бирают единичные индексы i (соответствующие размеру а) и k (соответст-

вующие размеру b). При этом должно соблюдаться условие

ài

= ≤

2. Определяют коэффициенты p и q, используя соотношения

3. Выбрав наименьший из коэффициентов (например p), рассчитывают

отношения

1. РАЦИОНАЛЬНЫЙ РАСКРОЙ ЛИСТА НА ПРЯМОУГОЛЬНЫЕ ДЕТАЛИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ



Теория процессов ковки и штамповки. Практикум

-8-

и, взяв от каждого целую часть, находят суммарные индексы I и K, соответ-

ственно, вдоль сторон А и В.

4. Составляют замкнутую систему соотношений при раскрое вдоль

стороны А:

i km I

in k I

⋅+⋅ ≤





⋅+⋅≤



и перебирают внутри этой системы все возможные сочетания коэффициентов m

и n, удовлетворяющие приведенному неравенству.

5. Выбрав оптимальные коэффициенты m

и n

, при которых достигнуто

наибольшее приближение к индексу I, проверяют полученные комбинации в

размерном виде, для чего вместо индексов i, k, I подставляют соответствующие

размеры детали и листа (а, b, А). Таким образом, должно выполняться условие

01 01

,in km A⋅ +⋅ ≤

02 02

.in km A⋅ +⋅ ≤

Из полученных комбинаций выбирается такая, которая при оптималь-

ных коэффициентах m

и n

обеспечивает наибольше приближение, но не

превышает размера А:

.an bm A⋅ +⋅ ≈

Последняя запись означает, что вдоль стороны А может быть располо-

жено n

-заготовок со стороной а и m

-заготовок со стороной b.

6. Определяют теоретически возможное количество деталей, которые

можно получить из листа по формуле

7. Используя полученную комбинацию, находят общее количество де-

талей n

, которые можно расположить на листе вдоль стороны А и коэффи-

циент использования металла по формуле

100 % 100%.

ab n

AB n

η= =

8. Повторяют расчеты с п. 4, но уже для раскроя вдоль стороны В, под-

ставляя вместо индекса I суммарный индекс K. Аналогичным образом, вы-

брав оптимальную комбинацию раскроя (п. 5), определяют общее количество

деталей n

и соответствующий коэффициент использования металла

(п. 6).

9. Сравнивая коэффициенты

, выбирают рациональную схему

раскроя, обеспечивающую минимальные отходы.

1. РАЦИОНАЛЬНЫЙ РАСКРОЙ ЛИСТА НА ПРЯМОУГОЛЬНЫЕ ДЕТАЛИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ



Теория процессов ковки и штамповки. Практикум

-9-

Для практического применения предлагается по заданному варианту

исходных данных (табл. 1.1

) определить рациональную схему раскроя листа

на карточки, используя алгоритм расчета по «методу индексов», при этом

следует выполнить эскизы раскроя листа вдоль стороны А и В, провести про-

верочные расчеты с помощью имеющейся программы INDEX и сопоставить

полученные результаты.

Таблица 1.1

№ варианта

Размеры листа, мм

Размеры детали, мм

500

1000

500

1000

500

1000

500

1000

116

500

1000

105

135

1000

2000

1000

2000

1000

2000

100

1000

2000

1000

2000

123

1500

2000

1500

2000

1500

2000

1500

2000

104

1500

2000

137

159

800

1000

800

1000

122

800

1000

139

158

800

1000

154

171

800

1000

182

207

710

1420

103

111

710

1420

121

155

710

1420

162

184

710

1420

191

222

710

1420

172

194



Теория процессов ковки и штамповки. Практикум

-10-

Для холодной листовой штамповки листовые металлы с помощью

ножниц предварительно разрезают на полосы или заготовки необходимых

размеров. Основными типами ножниц, применяемыми в листоштамповочных

цехах, являются ножницы с параллельными ножами, ножницы с наклонными

ножами (гильотинные), дисковые и вибрационные ножницы. Первый тип

ножниц используется для резки узких и толстых полос и неметаллов. Метод

резки на ножницах с наклонными ножами (гильотинных) является наиболее

распространенным для резки металлических листов (рис. 2.1

). Для резки ру-

лонного металла и обрезки кромок лент применяют дисковые ножницы.

Вибрационные ножницы используют значительно реже для получения штуч-

ных заготовок криволинейной формы.

Рис. 2.1. Схема резки листового металла

с помощью гильотинных ножниц

Гильотинные ножницы предназначены для резки листовых материа-

лов на полосы и штучные заготовки [1

]. Характерной особенностью данного

типа ножниц является сравнительно низкая величина потребного усилия де-

формации, так как резке одновременно подвергается только часть листовой

заготовки, а не вся ее ширина. Таким образом, усилие резки не зависит от

ширины листа и определяется, главным образом, величиной угла створа но-

жей γ:

0 cp

2tg

где

ñð

– сопротивление срезу; S

– толщина листа; k – коэффициент (k = 1,1–

1,3).