CC BY
5
Zhelezkov Oleg Sergeevich, doctor of technical science, professor, ferumoff@mail ru, Russia, Magnitogorsk, Magnitogorsk state technical University named after G.I. Nosov,
Laktyushin Alexey Andreevich, deputy director, [email protected], Russia, Moscow, LLC «Concern ARS»,
Bogdan Borisovich Makarov, student, Nexusbionics@yandex. ru, Russia, Magnitogorsk, Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov
УДК 621.77; 621.7.043 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-3-46-49
АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ КВАДРАТНЫХ ЗАГОТОВОК ПРИ ВЫТЯЖКЕ С ПОДТАЛКИВАНИЕМ УГЛОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Н.А. Самсонов
Анализуются возможности практической реализации вытяжки с подталкиванием угловых элементов квадратной заготовки в матрицу круглого сечения. Установлено напряженно-деформированное состояние заготовки. Выявлены силовые режимы. Приводится сравнение полученных данных доля предлагаемой технологии с существующей.
Ключевые слова: вытяжка, подталкивание, квадратные заготовки, формоизменение.
В работе [1] предложена схема изготовления осесимметричных изделий из квадратных заготовок с подталкиванием их угловых элементов. Установлены рациональные режимы перемещения толкающих частей штампа. В данной работе уделено внимание установлению напряженно-деформированного состояния заготовки в процессе деформирования и силовых режимов для обоснования целесообразности применения такого метода штамповки. Рассмотрена схема вытяжки, при которой квадратная заготовка подвергалась деформированию в матрицу с цилиндрической рабочей поверхностью. Угловые элементы заготовки подвергались воздействию толкающих устройств, что обеспечивает получение более равномерной геометрии концевой части изделия. Исследование выполнялось в комплексе DEFORM. Установлено изменение напряжений и значения повреждаемости материала в заготовке в процессе деформирования. Приводится сравнение результатов по предлагаемой схеме со стандартной схемой вытяжки.
На рис. 1 представлена схема исследуемого процесса. Деформированию подвергалась квадратная заготовка со стороной квадрата 90 мм и толщиной 3 мм. Деформирование осуществлялось в матрице цилиндрического сечения с радиусом скругления рабочей кромки 10 мм и диаметром отверстия 60 мм. Предполагалось что заготовка изготовлена из стали 10. Деформирование осуществлялось в холодном состоянии.
Для оценки изменения напряженно-деформированного состояния заготовки на поверхности заготовки были выбраны контрольные точки по диагонали заготовки и по нормали к ее стороне. Для них определялось изменение напряжений и повреждаемости заготовки в процессе вытяжки. На рис. 2 дана схема выбора данных точек.
Для данных точек были получены зависимости изменения напряжений в процессе деформирования. На рис. 3 даны зависимости для оценки изменения напряжений в контрольных точках по диагонали заготовки и по нормали к ее стороне для стандартной схемы вытяжки (без подталкивания) и для предлагаемой (с подталкиванием).
46
Рис. 1. Схема вытяжки: 1 — заготовка; 2 — матрица; 3 — пуансон; 4 — толкающие элементы; 5 — прижим
Рис. 2. Схема выбора контрольных точек в заготовке
ст, МП а
№ 400 200
Т2 п д
\ \/\
\
/
л— — _^
0 0 2 0 4 \ / 0 6 0
п
вытяжка без подталкивания
вытяжка с подталкиванием а б
Рис. 3. График зависимости о, МПа от И = И
а — точки, расположенные по диагонали заготовки; б — точки, расположенные по нормали к ее стороне
47
/ И
тек ' "кон '
Анализ полученных результатов позволяет сказать, что значения напряжений в рассматриваемых точках на поверхности заготовки в предлагаемой и существующей технологиях отличаются как по закономерности изменения своих величин, так и по максимальным значениям. В существующей схеме в первой половине преобладают растягивающие напряжения. В предлагаемой технологии напряжения в первой половине процесса преимущественно сжимающие. Во второй половине процесса напряжения в двух рассматриваемых вариантах технологии отличаются схожим образом. Установлено, что максимальные растягивающие напряжения в предлагаемой технологии на 80...90 % меньше чем в существующей. Сжимающие на 50...70 % больше чем в существующей.
На рис. 4 даны зависимости для оценки изменения сил на деформирующем пуансоне для стандартной схемы вытяжки (без подталкивания) и для предлагаемой (с подталкиванием).
р,н
180000 160000 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0
1 2\
0,2
0,4
0,6
0,8
ь
/ к :
тек ' ,1кон •
Рис. 4. График зависимости Р, Н от к = кт 1 — вытяжка без подталкивания; 2 - вытяжка с подталкиванием
Из рис. 4 видно, что закономерности изменения сил в течении деформирования для предлагаемой и существующей технологий отличаются. В существующей технологии сила растет до относительной величины хода 0,4 на величину 160 кН, которая соответствует моменту, когда кромки матрицы и пуансона располагаются на одном уровне. Затем происходит падение силы. В предлагаемой технологии сила деформирования незначительно растет. Затем происходит снижение ее величины. С величины относительного хода пуансона 0,5 происходит ее максимальное увеличение на величину 180 кН. Установлено, что при предлагаемой схеме деформирования силы больше на 15% чем в существующей.
Выполнено исследование изменения критерия повреждаемости в процессе деформирования для стандартной схемы вытяжки (без подталкивания) и для предлагаемой (с подталкиванием). На рис. 5 даны схемы для рассматриваемых вариантов.
Сравнивая представленные на рис. 5 схемы, можно сказать, что по предлагаемая технология дает более равномерную картину изменения критерия разрушения в объеме изделия. Получаемая в ходе реализации предлагаемой технологии деталь имеет более предпочтительную картину распределения критерия разрушения. Значения критерия разрушения в предлагаемой и существующей технологии идентичны.
Таким образом результаты моделирования позволяют сделать выводы о том, что предлагаемая схема вытяжки позволяет обеспечить улучшение напряженного состояния заготовки (максимальные растягивающие напряжения в предлагаемой технологии на 80.90 % меньше чем в существующей).
б
Рис. 5. Схемы к оценке критерия повреждаемости: а — существующая технология; б — предлагаемая технология
Изменение схемы процесса практически не влияет на значение силы. Меняется лишь характер ее изменения в процессе деформирования. Полученные результаты позволяют сказать о целесообразности применения предлагаемой схемы вытяжки прежде всего за счет получаемой геометрии готовых изделий, обеспечивающей значительную экономию материала заготовок. Кроме того, в предлагаемой технологии обеспечивается более равномерное напряженно-деформированное состояние заготовки.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант РФФИ № 20-38-90021.
Список литературы
1. Яковлев С.П., Яковлев С.С., Андрейченко В. А. Обработка давлением анизотропных материалов. Кишинев: Квант, 1997. 331 с.
2. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1968. 283 с.
3. Богатов А. А., Мижирицкий О.И., Смирнов С.В. Ресурс пластичности металлов при обработке давлением. М.: Металлургия, 1984. 144 с.
4. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977. 423 с.
Самсонов Никита Алексеевич, аспирант, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS OF STRAIN STATES OF SQUARE BILLETS WITH EXTENDED CORNER
ELEMENTS
N.A. Samsonov 49
The article focuses on the analysis of the possibilities of practical implementation of the drawing with pushing the corner elements of a square workpiece into a matrix of circular cross-section. The stress-strain state of the workpiece has been established. Power modes are revealed. The comparison of the data obtained is given, the share of the proposed technology with the existing one.
Key words: drawing, pushing, square blanks, shaping.
Samsonov Nikita Alekseevich, postgraduate, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula state University
УДК 621.7.043 Б01: 10.24412/2071-6168-2021-3-50-54
МОДЕЛИРОВАНИЕ ШТАМПОВКИ ДЕТАЛЕЙ КАТУШЕЧНОЙ ФОРМЫ
Г.В. Панфилов, А.В. Черняев, А. Т. До
Предложена технологическая схема штамповки осесимметричных деталей катушечной формы. Выполнено моделирование процесса холодной штамповки цилиндрической заготовки в разъемных матрицах. Установлены зависимости силы операции от геометрических параметров инструмента, степени деформации и условий трения на контактных поверхностях. Выполнена оценка повреждаемости материала заготовки.
Ключевые слова: детали катушечной формы, холодная объемная штамповка, выдавливание, сила, повреждаемость материала.
Осесимметричные детали катушечной формы (ДКФ) могут использоваться в качестве поршней в дизельных, гидравлических и пневматических приводах различных механизмов [1]. Технология их производства включает операции отрезки мерных прутковых заготовок, предварительной высадки или прямого выдавливания средней части заготовки и окончательной штамповки торцевых утолщений различного профиля. Окончательные размеры изделия формируются операциями механической обработки. Рассматривается возможность получения заготовки ДКФ на одной позиции штамповки, что позволит существенно повысить производительность её изготовления в результате сокращения числа формоизменяющих операций и исключения промежуточного отжига.
Выполнено моделирование штамповки ДКФ в программном комплексе Qform 2Б/3Б (рис. 1). Штамповка осуществляется в штампе с разъемными матрицами двумя пуансонами, движущимися во встречном направлении. Под воздействием инструмента металл заполняет полости матрицы, образуя торцевые утолщения. Одновременно формируется внутренняя полость на торце заготовки, которая выполняет функцию наметки для сверления сквозного отверстия.
На рис. 2 представлены графические зависимости изменения силы операции Р от относительного перемещения инструмента И = И / Ик, где И и Ик - текущее и конечное перемещение пуансонов соответственно, при штамповке заготовок из стали 10, латуни Л70 и алюминиевого сплава АМг6. На начальном этапе штамповки формируется внутренняя полость радиусом Г на торце заготовки, что сопровождается незначительным ростом силы деформирования. Далее следует этап набора металла в полостях разъемной матрицы с образованием торцевых утолщений, сопровождающийся плавным ростом силы. На заключительном этапе происходит окончательное
