Методика проектування матриць
Більшість профілів, одержуваних пресуванням, становлять профілі, що мають форму поперечного перерізу, відмінну від кола. Ці профілі пресують з циліндричного контейнера, найчастіше плоску матрицю. Порушення геометричної подібності між перерізом заготовки та перерізом пресованого профілю призводить до нерівномірного закінчення різних ділянок некруглого профілю. При цьому масивніші ділянки, розташовані біля осі пресування, мають велику швидкість закінчення. В результаті нерівномірності швидкостей закінчення окремих елементів профілю виникають різного роду дефекти: геометричні розміри більш тонких частин не дотримуються, з'являються розшарування на поверхні з'єднання окремих частин, гофри, а також великі залишкові напруги, які погіршують механічні властивості пресованих виробів і іноді призводять до руйнування або руйнування профілю [1]. Для зниження виникаючих додаткових напруг і поліпшення процесу закінчення необхідно максимально можливе зменшення нерівномірності швидкостей окремих частин суцільного профілю шляхом раціонального конструювання пресової матриці.
У цій лабораторній роботі описано метод проектування матриць, заснований на формалізації результатів експериментальних досліджень, запропонований Гуном Г. Я., Прудковським Б. Д. [2]. Суть його зводиться до наступного. При проектуванні матриць для пресування профілів з поперечним перерізом (на відміну від кола), мають досить складну форму, доцільно розглянути процес пресування багатоканальні матриці, тобто. будь-який складний профіль можна у вигляді сукупності елементів, розділених досить тонкими перемичками. При пресуванні в багатоканальні матриці відбувається поділ металу в осередку деформації на окремі потокивідповідним каналам. Обсяги цих потоків сутнісно визначають швидкості закінчення окремих «ниток», довжина яких у випадку неоднакова і від багатьох параметрів.
Згідно з проведеними експериментальними дослідженнями [2] до основних параметрів конструкції матриці, що впливають на швидкості матеріалу, що встановив при пресуванні з каналу , слід віднести (рис. 1): площі поперечного перерізу
Мал. 1. Схема вогнища деформації під час пресування профілів
заготівліФ0і каналуФn, відстаньrквід центру тяжкості каналу До центру матриці, площа гальмівного пояскаФіі середню швидкість закінчення -Vср.
де N – кількість каналів, куди розділений профіль;
V0 – швидкість прес – штемпеля.
структури форми, яка б гарантувала виконання якісних закономірностей багатоканального закінчення та експериментальне знаходження ряду констант. Для знаходження структури формули для розрахунку матриці був використаний принцип розмірностей та апарат теорії подоби [3], на основі яких можна отримати закономірно узагальнений висновок та встановити суворі межі застосування. Крім того, принцип розмірності скорочує обсяг експериментів без втрати контролю над ним.
Отже, отримуємо шість фундаментальних змінних. Загальне рівняння можна записати у такому вигляді
Це функціональне співвідношення можна сказати через комбінації безрозмірних величин. Для цього скористаємося релеївським методом розв'язання розмірних систем. Всі розмірні змінні розглядатимемо по відношенню до двох основних одиниць: довжиниLі часу Ө. Припустимо, що між цими величинами існує таке співвідношення
Підставимо сюди замість символів розмірності
Щоб церівняння було однорідним щодо розмірностей, повинні виконуватися такі співвідношення між показниками ступеня
дляL: ,
дляӨ: .
Маємо два рівняння із чотирма невідомими. Спростимо їх, виключившиеіb.Тоді і . Підставляючи ці співвідношення для показників ступеня у формулу (3), отримуємо
Поєднуючи члени з однаковими показниками ступеня, можна скласти безрозмірні комбінації
Шість первісних змінних задач згідно -теореми дають чотири безрозмірні комбінації. Виходячи з фізичного сенсу (при , запишемо функціональний зв'язок у наступному вигляді
Проаналізуємо отриману формулу. Перший член виразу (4) у знаменнику визначає опір спливу в каналі площеюФк. При 111, а за 222. Це узгоджується з експериментами з пресування матеріалів. Другий і третій члени виразу в знаменнику визначають опір спливу, викликане поверхнею тертя робочого пояска зі зміщенням каналу відносно центру матриці. Зі збільшенням цих параметрів швидкість закінчення падає, що також відповідає дійсності.
З умови рівномірного закінчення з усіх каналів випливає, щоVк=ViТоді
Позначивши , отримаємо формулу розрахунку поверхні тертя. Задаючись величиною ефективної площі тертя одному з ділянок профілю, можна визначати її та інших ділянках каналу матриці
Якщо канали рівновіддалені від центру потоку (Rk = Ri), то
При (виключається вплив площі каналів) та,деПкіLk— периметр і ширина робочого пояска на ділянці отримуємо формулу Матвєєва-Журавського
Для визначення раціонального розташування каналу на площині матриці необхідно ввести величинуU-середньоквадратичне відхилення (у відсотках) швидкостіVKвід швидкостіVcp, з якою пресується суцільний профіль
Ця величина залежить від розташування профілі щодо центру матриці. Будемо вважати конструкцію матриці оптимальною, якщоUнабуває мінімального значення.
Якщо оптимальне розташування профілю на дзеркалі матриці не забезпечує повного вирівнювання швидкостей закінчення різних елементів профілю, для подальшого вирівнювання швидкостей необхідно використовувати гальмівні робочі пояски.