Теоретическое введение

При изготовлении поковок в виде тел вращения типа коротких кулачковых валов, шестерен и дисков, имеющих невысокие (относительно габаритных размеров поковки) одно- или двусторонние ступицы (бобышки) часто применяют операцию осадки в подкладных кольцах. Получение таких деталей свободной ковкой затруднительно или невозможно, например, из-за их малой высоты. Осадка кольцами осуществляется с помощью двух плоскопараллельных плит, из которых одна или обе имеют отверстия (рисунок 3.1).

а б

Рисунок 3.1 - Схема осадки кольцами в начале (а) и в конце (б) процесса

На характер формоизменения цилиндрических заготовок при осадке в подкладных кольцах и на соотношение объемов металла, смещаемых в отверстия и фланец, влияют следующие параметры:

- отношение исходных размеров заготовки ;

- степень деформации [11], которую можно принять равной

; (1)

- отношение диаметра отверстий в плитах к начальному диаметру заготовки ;

- величина радиуса закругления входной кромки отверстий в плитах;

- угол наклона отверстий (см. рисунок 3.1);

- условия трения на контактных поверхностях заготовка - инструмент;

- скорость деформирования и другие факторы.

Схема течения металла в процессе осадки кольцами отличается от схемы течения при обычной осадке наличием двух потоков (рисунок 3.2). Радиальное течение металла от оси аналогично течению при осадке плоскими плитами, оно тормозится силами трения . Второй поток металла направляется радиально к оси заготовки, затем вдоль нее в отверстия плит и тормозится силами трения . При этом радиальное смещение металла к периферии ведет к приращению радиуса фланца, а его смещение к центру увеличивает высоту бобышек (ступиц).

а б в

Рисунок 3.2 - Схемы течения металла в процессе осадки кольцами

Между этими потоками металла имеется поверхность раздела, или критическая поверхность, характеризуемая критической высотой и критическим диаметром . В процессе осадки положение поверхности раздела постоянно изменяется и зависит от величин ; ; и др.

Процесс формоизменения при осадке кольцами условно можно разделить на три стадии (см. рисунок 3.2).

1. На первой стадии суммарная высота бобышки и фланца непрерывно уменьшается, т. е. , при этом часть металла из центрального участка, ограниченного и (см. рисунок 3.2, а), течет в отверстия плит, а остальной металл перемещается в радиальном направлении к периферии. В начале осадки .

2. При увеличении степени деформации, начиная с некоторого момента, высота поковки начинает возрастать и достигает величины исходной высоты заготовки, т. е. . При этом и увеличиваются; когда критическая высота достигнет величины положение поверхности раздела потоков металла будет определяться только величиной (см. рисунок 3.2, б). На этой стадии формоизменения увеличивается объем центрального участка, из которого металл течет в отверстия плит, и уменьшается объем металла, перемещающегося в радиальном направлении к периферии.

3. Суммарная высота поковки растет, превышая начальную высоту заготовки, т. е. При этом большая часть металла смещается от периферии к центру и затем в отверстия плит, увеличивая высоту бобышек (см. рисунок 3.2, в).

Такой сложный характер формоизменения при осадке кольцами затрудняет определение размеров исходной заготовки, необходимой для получения готовой поковки заданных размеров.

Контактное давление при осадке кольцами можно определить по формуле

, (2)