Расчет усилий, работы, энергии деформации, удара, веса падающих частей

Усилие деформации ковки определяют в общем случае по формуле:

, кг; кН; (2)

где соответственно p и F – удельное давление (кг/мм²) и площадь контакта (мм²; м²) инструмента с заготовкой.

Для осадки заготовок вида правильной призмы или цилиндра с диаметром d вписанной окружности и высотой l после осадки, коэффициентом трения контакта f из металла с пределом прочности σ_Bt при температуре ковки принимают:

а) для и

, 7)

б) для f = 0 и любого d/l или f ≠ C и d: l ≤ 1

(4)

Для процесса вытяжки принимают подачу вытяжки равной 0,6 – 0,7 ширины бойка инструмента и l₀: l = 1 ÷ 2 или l₀: d (для круглых поковок):

а) при вытяжке плоскими бойками принимают

, (5)

б) при вытяжке под вырезными бойками принимают

, (6)

в) при вытяжке в вырезных бойках заготовки с вставленной оправкой принимают

, (7)

здесь , Д и d – диаметры вписанных окружностей сечений заготовки и оправки.

При вытяжке сечение F принимают равным проекции контакта (для случаев а и б).

Для операции прошивки усилие Р берут по (2):

а) для открытой прошивки (без оправки)

, (8)

б) для закрытой прошивки (в кольцевой оправке)

, (9)

при Д: d > 6 в обоих случаях берут:

, (10)

Работа деформации ковки для малых (докритических) относительных деформаций [e] = 0,02 ÷ 0,06 вычисляется приближенно

кГм, кДж (11)

здесь V – объем заготовки, см³; ψ_с – коэффициент учета скорости удара, берется по соотношению абсолютных температур процесса деформирования Т_Д и плавления металла Т_пл; для Т_Д : Т_пл = 0,5 ÷ 0,7 берут ψ_с = 1,75 ÷ 2,5; для Т_Д : Т_пл > 0,7 берут ψ_с = 2,5 ÷ 3,5.

Энергию удара молота с учетом потерь ее на сотрясение молота, фундамента, шабота, на упругую деформацию системы принимают равной:

Е = 1,25 · А, кГм, кДж. (12)

Для современных ковочных молотов по ГОСТ 9752-75 вес падающей части молота принимают равным:

G = 0,4 · Е, кГ (13)

Пример: Определить вес падающей части молота для операции осадки цилиндрической заготовки Д₀ = 300 мм, l₀ = 150 мм на стали 40 на высоту l = 100 мм.

Диаметр после осадки (без учета бочкообразности)

мм

Объем заготовки V – 0,785 · 300² · 150 · 10^-9 = 0,0354 м³.

Выбираем температуру осадки Т_Д2 = 1200°С, при которой для стали 40 предел прочности равен σ_Bt = 2,1 кГ/мм² (21 мн/м²). По формуле (3), так как Д₀: l₀ = 300: 150 = -, находим:

кГ/мм²; 15,87 Мпа.

Выбираем степень деформации при последнем ударе [e] = 0,05. Работу деформирования находим по (11) при ψ_С = 3, так как имеем соотношение Т_Д : Т_пл = 1473: 1675 = 0,86. Тогда А_п = 1,587·10,6·10⁶·0,05·10^-3 = 2520 кГм.

Потребная энергия удара Е = 1,25·2520 = 3150 кГм.

Вес падающих частей по (13) равен G = 0,4·3150 = 1260 кГ.

Таким образом, для выполнения ковочной осадки исходной заготовки по заданным условиям и свойствам материала нам требуется применить молот с весом падающих частей примерно 1000-15000 кГ и энергией удара порядка 3000-35000 кГм (300-350 кДн).