JB/T 5112-1991 冷挤压预应力组合凹模设计计算图.pdf
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1、中华人民共和国机械行业标准 冷挤压预应力组合凹模 设计计算图 J B / T 5 1 1 2 一 9 1 1 主题内容与适用范围 本标准规定了冷挤压预应力组合凹模设计计算图。 本标准适用于设计冷挤压预应力组合模 2 结构和设计 凹模内圈是挤压模具的工作部分, 它接纳毛坯件并成形工件的外部形状。根据实际提出的各种要 求, 凹模内圈可以做成不同形式。图 1 表示凹模内圈 4 种构成。 a 实心件正挤压 b 杯形件反挤压 图 1 凹模构成 1 -凹模内圈, 2 一凹模内圈, 上部分, 3 一凹模内圈, 下部分; 4 - - 凹模垫块; 5 -预应力圈; 6 一凹模内圈内径 7 一凹模内圈人口圆角半径
2、; 8 - - 凹模内圈人口锥面泪 一密封锥面; 1 。 一凹模底部人口口角半径, 1 1 一凹模锥角; 1 2 一凹模底部出口圆角半径; 1 3 一凹模成形工作带; 1 4 -出日直径: 1 5 一非磨削圆角半径, 1 6 -非磨削部分; 1 7 一非磨削锥面 2 . 1 凹模 内圈和预应力圈的设计 中华人民共和国机械电子工业部1 9 9 1 一 0 7 一 1 5 批准1 9 9 2 一 0 7 一 0 1 实施 11 1 J B / T 5 们 2 - - 9 1 2 . 1 . 1 变形力 变形力主要取决于工件材料的流动应力、 上件变形程度、 加工时温度、 变形速度、 变形方法的类型、
3、 凹模内圈的几何形状、 坯件的几何形状、 润滑和外摩擦 2 . 1 . 2 凹模内圈的结构和预应力圈 挤压凹模一般要承受很高的负载。所以挤压凹模常常做成凹模内圈通过个或两个预应力圈来预 紧的组合形式 2 . 1 . 3 材料的选择 凹模内圈和预应力圈材料的选抒。除应考虑强度和磨损性能等问题外、 经济观点也很重要。 2 . 2 挤压凹模典型结构 挤压凹模典型结构列于表 认 表 t 挤压凹模典型结构 类型 横向分割型 反挤 压 凹模 纵向分割型 反挤帐I 9 模 横向 纵向分割 型反挤压凹模 gv V 1,一 丰 一一f#1 5 * bE 1 k A , I dh卜 fa 用 上 压 需 用 挤
4、压 力 F, 14 的 fH ,R CJFfLIx L1 1 ix t Hfl T *- # r f, h i 在装配之前无内应力。 若把凹模视为厚壁空心圆筒, 根据这些假设就可以进行计算。在不考虑轴向应力的情况下, 对承受 内压力作用的单层厚壁空心圆筒, 可得到切向应力 a , 和径向应力 a , , 如图 2 所小 - 9 . 5 图 2 在内压力作用下, 厚壁空心圆筒中的理论应力曲线 其最大的主应力差a , = ; a , 十( a , I , 因为a , 和。有不同的符号, 故在孔壁上它的数值达到最大。若 按T r e s c a剪应力假说) 屈服条件, 为了避免塑性变形, 则其等效应
5、力。 、 就不得大于模具钢的屈服极限。 在单层厚壁空心圆筒的内壁上, 应力叮 , 和。几乎是同样大的, 并看作是内压力值。 如果圆筒为无限 厚的, 则内压力不得大干模具钢的屈服极限的一半。亦即, 当钢的屈服极限 a s 为 2 0 0 0 N / m m 时, 内压 力P不 得超过1 0 0 0 N / m m . 为了挤压凹模能在较高的内压力下工作, 就必须考虑不受力的状态下其内壁上 能有切向预压应力, 使得在内压应力作用下产生少于无预压应力时的切向拉应力。这样的预应力是通过 一 个或多个预应力 圈由过盈配合得到的口 2 . 3 . 2 挤压时内压力的大小 为了计算应力, 必须采用的内压力大
6、小, 取决于成形时的挤压力, 即凸模单位压力P . 当相对断面减缩率 e , 3 0 %, 在杯形件反挤压时, 挤压凹模内壁上的径向压力大约与凹模垫块的压 力相等。依图 3中所示的符号可得出: 1 1 3 J s / T 5 1 1 2 - - 9 1 p -P u =E r.p ( 1 ) 凸模 凹 ! d F 1 . 1 模塾块 图 早 模具 卜 的压力 户 凸模单位压力;、 一工( f 底邻压力; j. 一内压力 该前提也适用于实心件和空心件的挤压, 其内压力很容易从变形力亦即凸模力凡.、 除以原毛坯横 截面面积 几 。 得到, 即 I ,., p .一 瓦 ( 2 ) 2 . 3 .
7、3 设计参考值 片d ,d .11.d 门 龚 羹 _鑫 Il 裴 龚 图 沈 加双层预应力圈的四模 图 n中列出的有关名称的参考数值列于表 2中, 可用做粗略的估计 表 2 预应力圈设计参考值 内压力 户 N1 -2 一 卢整 哩 “ 臀 要求的直径比 乃了 d F合 肖径 d . d 丁十 一- - - 一 _ z一s 、 一 6一 、 一 、 d , I ! 丫 , n - a !U s 了 t z气 万2 J / c 4 - - 6 ) Illes 簇 1 o n o 1 0 0 0 - 1 t 6 0 ( 卜 z6 000010 土_: 过盈尺寸( 压缩量)d或d的0 . 2 一 。
8、 2 . 3 . 4 单层和双层预应力圈计算 依照 2 , 31 所述的假设前提. 就能找到应用预应力圈的最佳尺 j 。 最佳” 尺寸应该是能承受一定压 力所具有的最小尺寸。亦即, 让每一个圈在它所受的压户 , 下达到它的极限负荷 这时, 必须区别过盈配合的两种形式。一种形式允许在凹模内壁 卜出现切向拉应 力, 另一种则不允 许在凹模内圈内壁上出现切向拉应力。 对十钢质的凹模内圈计算如下: 已知参数 : p 内 压力N l m m a Q s r凹模内圈的属服极限N / mm 6 . ?第一个预应力圈的屈服极限N r r t m a Q .a第三个预应力圈的屈服极限N mm d凹模内圈的内径m
9、 m E弹性模量( 假设所有过盈配合件都相同)k N mm = P .相 对 内 压 应 力p , - p ,! a .i J B / T 5 1 1 2 一9 1 m即功 mmm K K=屈服极限比K, -a . , / Q a z Kz =o a / a s a 所求参数 : d ,第一个结合面直径 d ,第二个结合面直径 D最外部直径 Z ,第一个结合面的过盈尺寸 2 。第一个结合面的过盈尺寸 2 . 3 - 4 . 1 允许a模内圈承受切向拉应力 预应力圈的直径和理论过盈量可用式( 3 ) 确定 : a . 单层预应力圈 d , =d / Q I (5)(6) 2 , = D=d /
10、Q d,-,,1_、 台二 ( - -创宝 ) 乙 、1 : : 式 中:Ql =捞 (1 + K ) 一 p s . Q : 一 Q , , 1 K , Q 一 QQ , ” b . 双层预应力圈 d , -d / Q : d z =d i / Q z D=d / Q :; : ( 9 ) ( 1 0) ( 1 1 ) 。成a . , , 2 p+牙一1 , 乙 . 一 一 六二-一 - 丁 - - , 二 二 芯 芍 丁 -少 乙1 - 以, 以i ( 1 2) d氏, .1_、 =一 几 ; 仁 于 , 一以扫 乃J 、2 又 1 3) 式 中:Q l 一 , 粤 ( 1 十 咨 十 去
11、 一 2 p 丫J, 、 . 、 , ( 1 4 ) ( 1 5) Q=Q I Q, Q: : : : 用上述公式计算的单层预应力圈的结果以图形示于图 5中。 屈服极限比K, =1 . 2的双层预应力圈 的结果示于图 6 , 依法可以作出 K, 为其他数值的相应图形 对于双层预应力圈必须验算, 凹模内圈以过盈配合安装在一起时, 是否预压应力过大。 如果P , 值为 0 . 9 5 -1 时, 必须检验P是否小于1 -Q , 否则, 由于凹模内圈不允许有高的预应力, 就必须用较大的 K , 或K : 的值进行计算 应用举例 : 已知值: 。=2 0 0 0 N / mm a , 2 =1 4 0
12、 0 N / m m p , =1 4 0 0 N / m m d =2 5 m m E =2 1 0 k N / m m 计算得: P , =0 . 7 K 一1 . 4 3 以P , 与K, 作为自变量和变化参数, 在图中查得对应的直径比及过盈量导值并计算之。 1 1 5 J s / r 5 1 1 2 一 9 1 即可得 : d , 一 D 一 21 = . 6 X2 5 = 6 5 mm . 7义2 5 = 1 4 2 . 5 mm 6 . 8 X2 5 X20 0 0 X1 0 -二3 4 0 k m 以下诸图用法相同。 42 不允许凹模内圈承受切向拉应力 直径和理论过盈量可用下面的
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