Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Кафедра «Технология нефтяного аппаратостроения»

Курсовой проект

по дисциплине: «Изготовление технологического оборудования обработкой давлением»

на тему: «Разработка технологического процесса горячей штамповки сферических днищ»

Выполнил:

ст. гр. МА-09-01 Р.Р. Аитов

Проверил:

доцент А.М. Забатурин

Уфа 2012

Содержание

Задание на курсовое проектирование………………………………………......3

Введение……………………………………………………………………….... 4

1 НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ

ПРИ ВЫТЯЖКЕ ДНИЩ……………………………………………………….

1.1 Напряженное состояние………………………………………………….

1.2 Деформированное состояние…………………………………………..

2 РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СФЕРИЧЕСКИХ ДНИЩ……...…..

2.1 Расчет внутренней поверхности……………………………………….

2.2 Расчет диаметра развертки……………………………………………..

2.3 Расчет веса днища………………………………………………………

2.4 Расчет ёмкости днища ………………………………………………….

3 РАСЧЕТ УСИЛИЯ ШТАМПОВКИ ……………………………………... .. . 3.1 Определение способа вырезки заготовки днища…………………….

3.2 Рациональный раскрой………………………………………………..

4 РАСЧЕТ УСИЛИЯ ШТАМПОВКИ…………………………………..………..

5 КОНСТРУКЦИИ И ОСНОВНЫЕ ДЕТАЛИ ШТАМПОВ

ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ВЫТЯЖКИ ДНИЩ ………………………………………

5.1 Расчет основных деталей штампов……………………………………

5.1.1 Расчет матрицы………………………………………………………….

5.1.2 Расчет корпуса матрицы……………………………………………......

5.1.3 Расчет рабочей части пуансона………………………………………..

5.1.4 Расчет надставки пуансона……………………………………………..

5.2. Расчет прижима с переходным кольцом. ……………………………..

5.3. Определение высоты штампа…………………………………………….

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ…………………………

Введение

В технологии аппаратостроения важное место занимает обработка металлов давлением. Совершенствуются процессы горячей и холодной листовой штамповки, осуществляемые на универсальном (молотах, прессах, горизонтально-ковочных машинах) и специализированном (вальцах, горизонтально-гибочных, электровысадочных, раскатных, радиально-ковочных машинах) оборудовании. Все шире распространяются новые способы листового и объемного деформирования – изотермическая штамповка, штамповка на многоплунжерных прессах, высокоскоростная штамповка, холодное выдавливание и др.

Основными направлениями в развитии штамповки базовых деталей аппаратов являются:

- повышения точности заготовок и поковок за счет перевода их изготовления с молотов на горячештамповочные прессы и горизонтально- ковочные машины, применения малоокислительного нагрева заготовок, калибровочные операции, а также использование специализированного оборудования;

- сокращение расхода металла благодаря внедрению рационального раскроя заготовок под штамповку, малооблойной и безоблойной штамповки, комбинированных способов штамповки;

- увеличение производительности штамповки, достигаемое при широком использовании прогрессивного кузнечно-штамповочного, в том числе автоматов и автоматических линий.

Штампованные заготовки производят объемной и листовой штамповкой. Отличительной особенностью объемной штамповки по сравнению со свободной ковкой является необходимость специального штампа. Однако это делает объемную штамповку рентабельной только в серийном и массовом производстве.

Отдельную группу штампованных заготовок представляют заготовки из листового металла. Листовой металл широко используется для штампованных заготовок.

При изготовлении заготовок используют различные приемы кузнечно-прессовой технологии, например вырубки, вытяжку, пробивки и др.

Одним из видов листоштампованных заготовок в нефтехимическом машиностроении, выпускаемых серийно, являются заготовки днищ, сосудов и аппаратов.

1. НАПРЯЖЕННО - ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ

ПРИ ВЫТЯЖКЕ ДНИЩ

Обработка металлов давлением основана на их способности в определенных условиях пластически деформироваться в результате воздействия на деформируемое тело (заготовку) внешних сил.

Если при упругих деформациях деформируемое тело полностью восстанавливает исходные форму и размеры после снятия внешних сил, то при пластических деформациях изменение формы и размеров, вызванное действием внешних сил, сохраняется и после прекращения действия этих сил. Упругая деформация характеризуется смещением атомов относительно друг друга на величину, меньшую межатомных расстояний, и после снятия внешних сил атомы возвращаются в исходное положение. При пластических деформациях атомы смещаются относительно друг друга на величины, большие межатомных расстояний, и после снятия внешних сил не возвращаются в свое исходное положение, а занимают новые положения равновесия.

Для проектирования технологического процесса штамповки важно знать напряженное и деформированное состояние каждого участка заготовки в течение всего процесса. Совокупность схем напряженного и деформированного состояния тела при пластической обработке давлением называется механической схемой деформации. Таким образом, сравнивая и исследуя различные механические схемы деформации, можно классифицировать различные способы формоизменения и получить графическое представление о наличии и знаке главных напряжений и главных деформаций.

Тело, подвергающееся действию сил, находится в напряженном достоянии. Внешние силы, действующие на тело, бывают двух основных видов: поверхностные и объемные.

К поверхностным силам относят силы, приложенные к поверхности тела. Они могут быть сосредоточенными и распределенными. К объемным силам относят силы, действующие на все материальные точки тела и пропорциональные их массам, например силы тяжести, силы инерции.

Под действием внешних сил в теле возникают внутренние усилия.

Предел отношения внутреннего усилия Ар, действующего на какую-либо элементарную площадку, выделенную в рассматриваемой точке тела, к ее площади AF при неограниченном уменьшении последней называется напряжением:

Каждая точка в напряженном теле находится под действием всех ее окружающих точек, поэтому в любой плоскости, проведенной через данную точку, будут действовать напряжение, определенной величины и направления. Полное напряжение по правилу параллелепипеда всегда можно разложить на три: одно нормальное и два касательных.

В равной мере полное напряжение можно разложить на три составляющие по направлениям осей координат.

Выделим из деформируемого тела элементарный параллелепипед с бесконечно малыми ребрами. Его плоскости проведем параллельно осям координат х, у, z. Ребра соответственно обозначим: dx dy и dz.

Полное напряжение, действующее в точке представленной в виде параллепипеда можно разложить на три нормальных напряжений.

Нормальные обозначим соответственно по осям:

Различают: одноосное; двухосное; объемное.

Наиболее опасным является последний случай – объемный характер распределения напряжений. При этом стесняется возможность деформирования металла и появляется вероятность возникновения хрупкого разрушения.

Для обозначения касательных напряжений примем индекс из двух букв. Первая буква будет указывать ту координатную ось, по направлению которой шестью касательными.

Однако, если рассмотреть статическое равновесие элементарного

параллелепипеда, то можно показать, что:

На самом деле момент относительно, например, оси у должен быть равен нулю.

Приравнивая нулю получаем:

Аналогично составляя уравнения равновесия относительно осей х и z

можно получить:

Отсюда следует, что напряженное состояние в точке полностью описывается шестью независимыми компонентами напряжений:

Тремя нормальными и тремя касательными

Величины напряжений в теле, нагруженном силами и находящемся в равновесии, в общем случае непрерывно изменяются от точки к точке, т. е. напряжения являются непрерывными функциями координат. Тогда напряжения действующие на противоположных гранях элементарного параллелепипеда будут отличаться на некоторую величину, определяемую частным дифференциалом т.е. приращение какого-либо напряжения равно частному дифференциалу по той координате, по которой действуют эти напряжения. Частный дифференциал, как известно из высшей математики, равен, для напряжений:

Для касательных напряжений:

Усилия, действующие по граням параллелепипеда, равны напряжениям, умноженным на площади соответствующих граней.

1.1 Деформированное состояние тела в напряженном состоянии

Зная истинные деформации в любой точке обрабатываемой за¬готовки, можно судить о напряженном состоянии в металле, об уп¬рочнении деформируемого материала (в случае штамповки вхолод¬ную), о силовых параметрах процесса, о возможности образования некоторых дефектов (гофры, утонение стенки, выпучен и др.) и, наконец, о том, насколько правильно определены технологические параметры процесса (геометрия заготовки и штамповой оснастки, температурно-скоростные условия и т.д.).

Если тело деформируется, то каждая точка смещается от своего первоначального положения.

Пусть координаты точки в начальный момент х, у, z, а в данный момент х', у', z' тогда:

Здесь Ux, Uy, Uz представляют собой проекции перемещения на координатные оси, т.е. являются компонентами перемещений.

Для разливных точек тела компоненты перемещений различны, и они, и их производные являются непрерывными функциями координат. Другими словами тело сплошное до деформации остается сплошным после деформации.

Элементарный прямоугольный параллелепипед, мысленно выделенной в теле, при деформации изменяет не только свое положение, но и свою форму. В общем случае ребра параллелепипеда изменяют длину, а углы перестают быть прямыми. Как известно, изменение длины произвольного ребра характеризуется линейной деформацией, а изменение первоначального угла между двумя ребрами характеризуется угловыми деформациями.

Разделим исходную заготовку на несколько секторов, выделим в одном из них бесконечно малый элемент и рассмотрим условие его равновесия.

Рисунок 1- Схема действия сил и напряжений в очаге деформаций при вытяжке сферических днищ

Деформации опасны, с точки зрения нарушения точности изготовляемых деталей, иногда деформации могут привести к потере прочности или устойчивости сварных конструкций. В этих случаях накладываются жесткие условия на недопустимость деформаций.

Рассматривая схемы главных деформаций и главных напряжений раздельно, нельзя представить характер формоизменения. Только при совокупном рассмотрении их можно судить о сопротивлении деформированию и пластичности материала в процессе деформирования.

Рисунок 2 - Кривая упрочнения первого рода

Рисунок 3 - Механическая схема деформаций при вытяжке