Основы штамповки и закон концепции пластичности листового металла

Приблизительное время прочтения: 15 минут

В нашей повседневной жизни мы часто сталкиваемся с различными частями, как показано на рис. 1-1, которые тесно связаны с нашей жизнью.

Какие методы обработки используются для производства вышеуказанных деталей, какие материалы используются для их производства, какие инструменты или формы необходимы для производства этих деталей и какие материалы используются для изготовления этих инструментов или форм. Это то, что нам нужно изучить в этом курсе.

Концепция чего-либо штамповка и штамповка

Штамповка - один из передовых и эффективных методов обработки в современном машиностроении. Он использует форму, установленную на прессе, для приложения силы к материалу при комнатной температуре, вызывая его разделение или пластическую деформацию, чтобы получить одну часть требуемых деталей. Вид метода обработки давлением. Штамповка - это основная форма обработки резанием. Поскольку штамповка обычно проводится при комнатной температуре, ее часто называют холодной штамповкой. И поскольку обрабатываемый материал представляет собой в основном листовой материал, его также называют обработкой листового материала. Штамповкой можно обрабатывать не только металлические материалы, но и неметаллические материалы.

В штамповка Обработка, часть специального технологического оборудования для переработки материалов в штампованные детали (или полуфабрикаты) называется штампом для штамповки или штампом для холодной штамповки. Штамповочные плашки незаменимы при реализации штамповочной обработки. Без штамповочных штампов, отвечающих требованиям, штамповочная обработка невозможна; Без усовершенствованных штампов не могут быть достигнуты усовершенствованные процессы штамповки. Конструкция штампа - ключ к процессу холодной штамповки. Для придания формы штампованной детали часто требуется несколько комплектов штампов. При производстве штампованных деталей разумная технология штамповки, современные пресс-формы и эффективное штамповочное оборудование являются незаменимыми тремя элементами, как показано на Рисунке 1-2.

Особенности штамповки обработки

По сравнению с другими методами обработки (например, механической обработкой) штамповка имеет следующие характеристики.

• Можно получить детали сложной формы, которые невозможно или сложно обработать другими методами обработки, например автомобильные крышки, двери и т. Д.

• Поскольку точность размеров в основном обеспечивается формой, обрабатываемые детали имеют стабильное качество, хорошую консистенцию и характеристики «идентичности».

• Штамповка обработка - это разновидность обработки без резки. Некоторые детали штампуются напрямую, без какой-либо обработки, и коэффициент использования материала высок.
• Пластическая деформация металлических материалов может использоваться для повышения прочности и жесткости заготовки.
• Высокая производительность, простая автоматизация.
• Форма имеет длительный срок службы и относительно низкую стоимость производства.
• Процесс штамповки прост в эксплуатации, но он имеет определенную степень опасности, поэтому при производстве следует уделять внимание безопасности.

Применение штамповки обработки

Из-за множества преимуществ штамповки обработка штамповкой применяется очень широко. Он занимает очень важное место в производстве автомобилей, тракторов, двигателей, электроприборов, игрушек для инструментов и предметов первой необходимости. Многие детали, изготовленные в прошлом методами литья, ковки и резки, теперь заменены штампованными деталями с хорошей жесткостью и малым весом.

По статистике последних лет, при производстве электромеханических и контрольно-измерительных приборов от 601ТП1Т до 701ТП1Т деталей комплектуются штамповочной технологией. Около 601ТП1Т ~ 701ТП1Т деталей в автомобильном производстве изготавливаются методом штамповки, а труд штамповочного производства составляет 251ТП1Т ~ 301ТП1Т труда всей автомобильной промышленности. В электронной продукции доля штампованных деталей также довольно велика. Металлические изделия, используемые в повседневной жизни людей, такие как алюминиевые горшки, посуда из нержавеющей стали и т. Д., Составляют большую долю штампованных деталей. Поэтому технология штамповки широко используется, и обучение, исследование и разработка технологии штамповки имеют большое значение для развития национальной экономики моей страны и ускорения современного промышленного строительства.

Развитие технологии штамповки имеет большое значение для развития национальной экономики моей страны и ускорения современного промышленного строительства.

Основной процесс штамповки

Из-за разной формы, размеров и точности штампованных деталей типы процессов, используемых при штамповке, различаются. По деформационным характеристикам его можно разделить на следующие две категории.

• Процесс разделения. Процесс разделения листового материала по определенной линии контура для получения штампованной детали (обычно известной как штамповочная часть) определенной формы, размера и качества поперечного сечения. Процесс разделения в основном включает в себя штамповку, вырубку, обрезку и другие процессы.
• Формовочный процесс. Процесс создания пластической деформации материала без разрушения для получения штампованной детали определенной формы, размера и точности. Процесс формования в основном включает в себя гибку, глубокую вытяжку, развальцовку, выпуклость, плетение и т. Д.

Кроме того, для повышения производительности труда два или более основных процесса часто объединяются в один процесс, например вырубка и растяжение, резка и гибка, штамповка и отбортовка кромок и т. Д., Которые называются композитными процессами. В реальном производстве большинство деталей, производимых партиями, завершается комбинированными процессами.

Пластическая деформация листового металла и ее основные закономерности

В штамповка Процесс штамповки деталей - это, по сути, процесс пластической деформации листового металла. Что касается базовой теории пластической деформации, то в работах по механике обработки пластических материалов даны подробные и систематические изложения, и здесь дается только краткое описание соответствующей теории.

Основная концепция пластической деформации металла

• Пластичность

Пластичность - это способность металла стабильно подвергаться остаточной деформации без нарушения целостности под действием внешней силы. Он отражает деформируемость металла и является важным технологическим свойством металла. Величину пластичности можно оценить по индексу пластичности. Например, показатель пластичности при испытании на растяжение может быть выражен удлинением δ и уменьшением площади ψ. Пластичность металла не фиксирована, на нее влияют такие факторы, как структура металла, температура деформации, скорость деформации и размер заготовки.

• Пластическая деформация

Объект деформируется под действием внешней силы. После снятия внешней силы объект может вернуться к своей первоначальной форме и размеру. Такая деформация называется пластической деформацией.

• Сопротивление деформации

Сопротивление деформации относится к способности металла сопротивляться изменениям формы и остаточной деформации. Сопротивление деформации отражает сложность пластической деформации материала. Вообще говоря, хорошая пластичность и низкое сопротивление деформации благоприятны для деформации штамповки, но нельзя сказать, что определенный материал имеет хорошую пластичность и сопротивление деформации должно быть ниже. Когда материал подвергается холодной экструзии, он проявляет хорошую пластичность под действием трехстороннего сжимающего напряжения, но сила холодной экструзии также очень велика.

• Стресс

Под действием внешней силы сила взаимодействия между различными частицами в объекте называется внутренней силой. Внутренняя сила на единицу площади называется напряжением. Есть нормальное напряжение и напряжение сдвига. Нормальное напряжение выражается σ, а напряжение сдвига - τ. Обычно единица измерения напряжения - МПа.

• Напряжение

Когда объект подвергается воздействию внешних и внутренних сил, он деформируется. Физическая величина, которая представляет величину деформации объекта, называется деформацией. Подобно напряжению, деформация также имеет нормальную деформацию и деформацию сдвига. Нормальная деформация обозначается ε, а деформация сдвига - γ.

• Точка напряженного состояния

Сила каждой точки в материале обычно называется напряженным состоянием точки. Напряженное состояние точки представлено напряжением на каждой перпендикулярной друг другу поверхности корпуса устройства, взятой в точке, как показано на Рисунке 1-3 (a). Как правило, эти силы можно разложить на 9 составляющих напряжения в направлении координат, включая 3 нормальных напряжения и 6 касательных напряжений, как показано на Рисунке 1-3 (b).

• Основное напряжение

Для любого вида напряженного состояния всегда существует такой набор систем координат, чтобы на каждой поверхности единичного тела появлялось только нормальное напряжение, а напряжение сдвига не возникало, как показано на Рисунке 1-3 (c). Эти три нормальных напряжения называются главными напряжениями и обозначаются соответственно как σ1, σ2 и σ3. Когда напряжение σ1> 0 называется растягивающим напряжением, когда напряжение σ1 <0 называется напряжением сжатия.

Эксперименты доказали, что напряженное состояние оказывает большое влияние на пластичность металлов. Чем больше число сжимающих напряжений, чем больше значение, тем лучше пластичность металла; чем больше количество растягивающих напряжений, тем больше значение, тем хуже пластичность металла.

• Диаграмма главных деформаций и главных деформаций.

Напряжение в деформируемом теле должно сопровождаться деформацией, и деформированное состояние острия также представлено телом элемента. Подобно напряженному состоянию, диаграмма деформированного состояния также может использоваться для обозначения деформированного состояния точки. Набор систем координат может быть найден таким образом, что только основные компоненты деформации ε1, ε2, ε3 и никакие компоненты деформации сдвига не появляются на каждой поверхности единичного тела, как показано на Рисунке 1-4 (a). В деформированном состоянии присутствует только первичная основная деформация. Есть только три возможных состояния деформации, как показано на рисунке 14 (b).

Деформированное состояние оказывает большое влияние на пластичность металла. Из практики может быть известно, что степень деформации, полученная при однонаправленном сжатии, намного выше, чем при одноосном растяжении, и экструзия в состоянии трехстороннего сжимающего напряжения может проявлять большую пластичность, чем вытяжка при двухстороннем сжатии и одном растяжка. В напряженном состоянии количество сжимающих напряжений велико, сжимающее напряжение велико, пластичность хорошая; Напротив, количество сжимающих напряжений невелико, сжимающее напряжение мало и даже существует напряжение растяжения, а пластичность низкая. Это связано с тем, что трещины и дефекты материала легко обнажить и развить в направлении деформации растяжения, но нелегко выявить и развить в направлении деформации сжатия.

Кривая напряжение-деформация

На рис. 1-5 показана кривая напряжения-деформации низкоуглеродистой стали при испытании на растяжение. Из рисунка видно, что материал начинает пластически деформироваться, когда напряжение достигает начального предела текучести σ0. В это время может произойти большая деформация, когда напряжения не увеличиваются, и на фигуре появляется площадка. Это явление называется податливостью. После периода плато текучести напряжение начинает расти с увеличением деформации (как показано на кривой cGb). Если он разгружен в середине деформации (G на рисунке), напряжение и деформация вернутся вдоль прямой линии GH, чтобы восстановить упругую деформацию (HJ) и сохранить пластическую деформацию (OH). Если испытательный образец повторно нагружен, кривая начнется с точки H и будет подниматься вдоль прямой линии HG для упругой деформации до тех пор, пока точка G не начнет деформироваться, а последующие напряжение и деформация все равно будут изменяться в соответствии с кривой Gb. Видно, что напряжение в точке G - это предел текучести при повторной нагрузке образца. Если вы повторите описанный выше процесс разгрузки и загрузки, вы обнаружите, что предел текучести во время повторной нагрузки непрерывно увеличивается по кривой Gb из-за последовательного увеличения деформации, что указывает на постепенное затвердевание материала. Деформационное упрочнение материала оказывает большое влияние на формование листового металла, что не только увеличивает силу деформации, но также ограничивает дальнейшую деформацию ваты. Например, когда деталь, подвергнутая глубокой вытяжке, вытягивается несколько раз, ее обычно отжигают перед последующим вытяжением, чтобы устранить деформационное упрочнение, вызванное предыдущим вытяжением. Но закаливание иногда бывает полезным. Например, в процессе формования удлинением он может уменьшить чрезмерную локальную деформацию и сделать деформацию более равномерной.

Для практических нужд кривая напряжения-деформации должна быть выражена математической формулой. Однако, поскольку кривые упрочнения различных материалов имеют разные характеристики, невозможно точно выразить их одной и той же математической формулой. Все математические выражения некоторых широко используемых в настоящее время кривых упрочнения являются приблизительными. Например, линейное выражение кривой напряжения-деформации: σ = σ₀+ Fε

В формуле приблизительный предел текучести σ0 также является пересечением линии упрочнения на оси ординат;

F - Наклон прямой линии упрочнения называется модулем упрочнения, который показывает величину упрочняющей прочности материала.

Закон вариации объема пластической деформации.

Практика доказала, что при пластической деформации объекта объем до деформации равен объему после деформации. Это закон неизменности объема пластической деформации металла. Это основа для расчета размеров заготовки в процессе деформации в будущем. Выражается формулой

ε₁+ ε₂+ ε₃=0

Закон наименьшего сопротивления пластической деформации

Пластическая деформация нарушает общий баланс металла и заставляет металл течь. Когда массовые точки деформируемого тела могут двигаться в разных направлениях, каждая массовая точка движется в направлении наименьшего сопротивления, что является законом наименьшего сопротивления. Заготовка деформируется в пресс-форме, причем максимальная ее деформация будет в направлении наименьшего сопротивления. Закон наименьшего сопротивления имеет очень гибкое и широкое применение в процессе штамповки, что позволяет правильно направлять процесс штамповки и конструкцию штампа, а также решать проблемы качества в реальном производстве.

Пластические условия

Так называемое состояние пластичности заключается в том, что в состоянии однонаправленного напряжения, если растягивающее или сжимающее напряжение достигает предела текучести материала, он может деформироваться и перейти в пластическое состояние из упругого состояния. Однако для сложных напряженных состояний можно не только судить о том, поддалась ли точка на основе одного компонента напряжения, но также рассмотреть комплексное влияние каждого компонента напряжения. В сложном напряженном состоянии, когда компоненты напряжения соответствуют определенному соотношению, это может быть эквивалентно пределу текучести, определенному в состоянии однонаправленного напряжения. Так что объект переходит в пластическое состояние из упругого состояния. В это время взаимосвязь между составляющими напряжения называется условием пластичности или критерием текучести.

Пластические условия необходимо проверить экспериментально. Существует два типа пластических условий, которые были протестированы и признаны на практике: критерий текучести по Х. Треска и критерий текучести фон Мизеса.

• Критерий урожайности Курейсгара

В 1864 г. французский инженер Х. Треска считал, что материал начинает деформироваться, когда максимальное напряжение сдвига достигает определенного значения, то есть критерия текучести Трески. Его математическое выражение:

В формуле σs - предел текучести материала.

• Рекомендации фон Мизес по обслуживанию

В 1913 году немецкий ученый Фонмизес предположил, что при определенных условиях деформации, независимо от напряженного состояния деформируемого объекта, до тех пор, пока его три основных напряжения удовлетворяют следующим условиям, материал начнет деформироваться, т. Е. Урожай

Тогда его математическое выражение

(σ₁-σ₂)²+ (σ₂-σ₃)²+ (σ₃-σ₁)²= 2σ²_s

Связь между стрессом и напряжением

Тело деформируется под действием силы, поэтому между напряжением и деформацией должна быть определенная взаимосвязь. Когда объект упруго деформируется, соотношение между напряжением и деформацией является линейным, процесс деформации обратим, и его деформация может быть восстановлена независимо от процесса нагружения объекта. Связь между напряжением и деформацией можно определить с помощью обобщенного закона Гука. Сказал. После того, как объект подвергнется пластической деформации, соотношение между его напряжением и деформацией изменится. При однонаправленном растяжении или сжатии взаимосвязь между напряжением и деформацией может быть представлена кривой упрочнения. Однако при двустороннем или трехстороннем напряжении соотношение между напряжением и деформацией в зоне деформации довольно сложно. Исследования показали, что при простом нагружении (только нагружение, а не разгрузка в процессе нагружения, а компоненты напряжения увеличиваются в определенной пропорции) в каждый момент пластической деформации существует следующая зависимость между главным напряжением и главной деформацией

В формуле C - неотрицательная константа пропорциональности;

σ_м- средний стресс. При определенных условиях C зависит только от свойств материала и степени деформации и не имеет ничего общего с напряженным состоянием объекта, поэтому значение C также можно получить с помощью экспериментов на одноосное растяжение.

Вышеупомянутые физические уравнения также называют полномасштабной теорией пластической деформации.

Феномен деформационного упрочнения

Обычно используемые металлические материалы увеличивают прочность и твердость во время пластической деформации, в то время как явление снижения пластичности и ударной вязкости называется деформационным упрочнением или деформационным упрочнением в холодном состоянии. Накладное упрочнение оказывает большое влияние на многие процессы штамповки. Например, снижение пластичности ограничивает дальнейшую деформацию заготовки. Часто бывает необходимо увеличить процесс отжига перед последующим процессом, чтобы исключить наклеп. Упрочнение также имеет положительные стороны, такие как улучшение способности противостоять местной нестабильности и образованию морщин.

Явление размягчения перезагрузки

Если после холодной пластической деформации материал подвергается обратной нагрузке, предел текучести материала будет снижен. То есть пластическая деформация более вероятна при обратной нагрузке, которая представляет собой так называемое явление смягчения обратной нагрузки. Явление размягчения при обратной нагрузке имеет практическое значение для анализа некоторых процессов штамповки (например, гибки с растяжением).

Пожалуйста, нажмите https://www.harslepress.com/для получения дополнительной информации о пробивном прессе!