特种塑性加工.doc

特种塑性加工 姓名：秦芳诚 学号：1. 试作径向锻造的变形区受力分析及应力应变状态分析 径向锻造是在坯料的周围对称分布几个锤头，对坯料沿径向进行高频率同步锻打，坯料通常边旋转边做轴向送进，使坯料断面尺寸减小，轴向延伸，同时加压方向绕轴回转，使断面成对称状，其使用的设备为径向锻压机。它是用于径向锻造工艺的专用设备，属于少、无切削加工的先进设备之一。下图1.1为锻造圆棒料时的原理图。 图1.1 径向锻造原理图 径向锻造时，毛坯进入变形区的示意图如下图1.2，锤头与毛坯接触面上产生正压力F和摩擦力Ff。 图1.2 径向锻造变形区受力情况 由图可知： 其中Ff2和F2使毛坯受压，F1和Ff1对毛坯送给方向产生作用，当Ff1 F1时，毛坯向后挤出的力大于向前拉伸的力，毛坯无法向前送给进行锻造；当Ff1 F1时，毛坯可以进入锻造变形区，从而进行锻造。 工件受三向非均匀压缩应力，两个压缩变形和一个伸长变形，变形区工件的应力应变简图如图1.3、图1.4， 图1.3 主应力 图1.4 主应力 2. 辗环过程可以分为几个阶段？ 环件辗扩过程可以分为三个阶段： 咬入孔型阶段：即环形件连续咬入驱动辊和芯辊形成的辗压槽，它是环件转动并实现稳定辗扩的必要条件。 稳定辗扩阶段：当环件能够连续的咬入孔型，并且能保证辗透，就可以对环件各个方向进行辗压，产生连续局部塑形变形；最终达到环件壁厚减小、直径扩大、截面轮廓成形的稳定过程。 辗扩整形阶段：即环件各方向尺寸接近成品尺寸，此时进给速度逐渐减小，对环件进行整圆，减小环件的椭圆度和壁厚差，提高环件的形状尺寸精度。 3. 通过辗环摩擦条件推倒辗环咬入条件 由于环件连续咬入驱动辊和芯辊之间的孔型是环件转动并实现稳定辗扩的必要条件，由此建立环件咬入孔型的力学模型（忽略导向辊对环件的作用力），如图5所示。图中，和分别为驱动辊对环件的正压力和摩擦力，为芯辊对环件的正压力、分别为驱动辊和芯辊与环件的接触角，、分别为驱动辊和芯辊的工作半径，、分别为环件在孔型入口处和出口处的壁厚为环件每转壁厚的减小量，即环件辗扩每转壁厚减小量等于该转辗扩进给量。为简化计算，设成形辊对环件作用力的合力作用点位于接触弧的中点，若忽略辗扩过程中驱动辊和芯辊的弹性变形，要使环件咬入孔型，则环件所受的拽入力必须大于或等于它所受的推出力，而进给方向环件的受力是平衡的 （3-1） （3-2） 图3.1 环件咬入孔型模型 环件与接触摩擦符合库仑摩擦定律并记摩擦系数为，记为环件与之间的摩擦角，则 （3-3） 这便是环件咬入孔型的摩擦条件。 式（3-1）、（3-2）分别乘以、，再两式相加得： （3-4） 这便是环件咬入孔型的力学条件。 公式（3-3）和（3-4）都反映了环件辗扩咬入孔型的力学规律，可以称之为环件咬入孔型条件。 4. 有利于辗扩锻透的条件？ 虽然环件连续咬入孔型是使环件转动并实现稳定辗扩的必要条件，但是并不一定能保证环件产生壁厚减小而直径扩大的塑性变形。所以，要使环件咬入孔型又产生辗扩变形，还必须满足环件的锻透条件，它是环件塑性变形的充分条件。环件锻透相当于有限高度块料拔长，塑性区穿透环件壁厚的力学模型如图4.1 图4.1 环件辗扩锻透模型 根据滑移线理论分析塑性区环件锻透条件为： （4-1） 式中为环件接触弧长，为环件辗扩变形区的平均壁厚，所以 （4-2） 又由图3.1知，一般摩擦角都很小，所以接触弧长在进给方向的投影长度L和接触弧长近似相等，于是 接触弧长L （4-3） 将式（4-2）和（4-3）代入（4-1）得到环件锻透条件与进给量的关系： （4-4） 式中为环件最小每转进给量该式表明，要使环件产生辗扩变形，则环件辗扩中的每转进给量不得所要求的最小每转进给量。只要环件，则辗扩可以。 （4-5） 上式表明，驱动辊半径R1增大，锻透所要求的最小进给量减小，即有利于锻透；同时，芯辊半径R2增大也使锻透所要求的每转进给量减小，有利于锻透。 上式也表明，环件内半径r不变而外半径R增大，即环件壁厚增大，此时最小每转进给量增大，不利于锻透；环件外半径R不变而内半径r增大，即环件壁厚减小，此时最小每转进给量减小，有利于锻透。 综上所述，增大每转进给量、