CC BY
8
2. Сторожев М.В. Ковка и объемная штамповка стали. Справочник: в 2 т. М.: Машиностроение, 1967. Т. 1. 435 с.
3. Семенов Е.И. Ковка и штамповка. Справочник: в 4 томах. М.: Машиностроение, 1985. Т. 1. 567 с.
4. Общемашиностроительные нормативы времени на холодную штамповку, резку, высадку и обрезку. М.: Экономика, 1987. 189 c.
5. Вайнтрауб Д.А., Клепиков Ю.А. Холодная штамповка в мелкосерийном производстве: справочное пособие. Л.: Машиностроение, 1975. 240 с.
Подтягин Валентин Эдуардович, магистрант, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
DIRECT EXTRUSION OF SEMI-FINISHED PRODUCTS WITH A FLANGE UNDER DIFFERENT TEMPERATURE CONDITIONS
V.E. Podtyagin
Using QForm, a study was carried out on the process of direct hot extrusion. The influence of the workpiece and tool temperature on the power characteristics of the process is analyzed.
Key words: tool, temperature, direct extrusion, flange, semi-finished product.
Podtyagin Valentin Eduardovich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.983; 539.374
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРА
ДЕФОРМИРОВАНИЯ ПРИ ФОРМОВКЕ КОЛЬЦЕВОЙ ОБЕЧАЙКИ
Я. А. Вилимок
Проводится экспериментальное исследование течения металла при вытяжке-отбортовке кольцевой обечайки.
Ключевые слова: обечайка, вытяжка, отбортовка, оснастка, заготовка, делительная сетка.
В ходе выполнения работы [1] были рассмотрены операции вытяжки и отбор-товки при изготовлении кольцевых обечаек с торообразным профилем, оценено действие радиальных и тангенциальных напряжений, получены формулы для определения максимальных растягивающих напряжений операций вытяжки и отбортовки, а также формулы для определения потребной силы деформирования.
Была поставлена задача: на основании выполненных теоретических исследований провести опытно-экспериментальные исследования изготовления кольцевой обечайки.
Для проведения испытаний была изготовлена оснастка, содержащая штамп для вырубки заготовок, штамп для формовки обечаек, штамп для обрезки фланцев на обечайке.
Все три технологические операции выполнялись на гидравлическом прессе RYE 63, имеющего максимальную технологическую силу 630 кН. Пресс имеет манометр с ценой деления 20 кН. Скорость рабочего хода ползуна составила 40 мм/с.
549
Для анализа деформированного состояния на заготовки на микроскопе УИМ -23 наносилась координатная делительная сетка способом царапанья с шагом в 2 мм.
Для испытания технологических операций использовался коррозионно-стойкий сплав 12Х18Н10Т. Испытываемый материал представлял собой листы толщиной 1,0 мм в полунагартованном состоянии и отожженном.
Вырубку-пробивку кольцевых заготовок с наружным и внутренним диаметрами, 121,6 и 18,4 мм соответственно, производили с помощью штампа с заостренными с двух сторон кромками на упругом элементе, представляющим собой пластину, выполненную из технической резины или полиуретана. Все пластины были толщиной 20 мм (резина) и 15 мм (полиуретан) (рис. 1).
Целью эксперимента была проверка правильности технологических расчетов, выявление возможного дефектообразования и установление режимов бездефектного деформирования.
Первые опытные испытания провели на операциях вырубки заготовок из нержавеющих сплавов. Карту с размерами 125*125 мм укладывали на упругую платформу и затем через вырубной пуансон прикладывали к нему технологическую силу Р, достаточную для вырубки кольцевой заготовки.
Рис. 1. Виды упругих платформ: а — твердая техническая резина; б — полутвердая техническая резина; в — твердый полиуретан; г — полутвердый полиуретан
Заготовки на резиновой платформе вырубить не удалось, так как резина оказалась слишком мягкая для создания локальной силы вырубки в зоне вырубных кромок пуансона. Такую силу вырубки удалось создать на полиуретановой платформе, причем непосредственно потребовалось 252 кН. Качество заготовок оказалось удовлетворительным без заусенцев на ее внутреннем и наружном контурах (рис. 2).
Рис. 2. Вырубка заготовок на упругой платформе: а — общий вид; б — фрагмент среза
Второй этап испытаний касался вытяжки-отбортовки обечайки. Оснастка для вытяжки-отбортовки кольцевых обечаек (рис. 3) состоит из верхней плиты штампа 1 с хвостовиком и пуансоном, выполненными за одно целое из стали 5ХНМ, закаливаемой до твердости ИЯСЭ 42-46, и нижней плиты 2, выполненной заодно с матрицей также из инструментальной стали 5ХНМ. На пуансоне концентрично закреплены стальной прижим 3 и полиуретановый внешний буфер 4, прикреплённые к верхней плите 1 с помощью винтов 5.
Рис. 3. Схема штампа для вытяжки-отбортовки обечайки с двухсторонним
прижимом фланцев
Внутри полости пуансона 1 размешен стальной прижим 6 и внутренний поли-уретановый буфер 7, закреплённые в пуансоне плотной посадкой буфера 7 и центральным винтом в этом буфере.
В центральном отверстии матрицы 2 установлен стержень 8 с центрирующим фланцем по внутреннему отверстию заготовки.
Штамп закрепляется в ползуне пресса с помощью хвостовика верхней плиты 1, а нижняя плита 2 фиксируется на столе пресса прихватами.
Штамп работает следующим образом.
В раскрытом состоянии пуансон 1 находится в верхнем положении. Кольцевая заготовка укладывается на зеркало матрицы 2, центрируясь на выступающем фланце стержня 8. При ходе пуансона 1 вниз, заготовку предварительно прижимают к матрице 2 внешние и внутренние прижимы 3, 6. При дальнейшем ходе пуансона 1 вниз прижимы 9 и 4 остаются на месте, а внешний и внутренний буферы 4 и 7 сжимаются, создавая силу прижимов и не давая возможности возникать складкам во внешнем фланце формуемой обечайки и задираться вверх внутреннему фланцу. По окончанию формовки пуансон 1 подходит к матрице 2 по средней линии полутора на расстояние толщины заготовки, деформируя ее до получения готовой детали. При ходе ползуна пресса с пуансоном 1 вверх, обечайка под действием распорных нагрузок извлекается из рабочей полости матрицы 2, а затем с помощью пинцета удаляется из рабочей зоны штампа.
Формовку обечайки осуществляли без прижимов, с одним наружным, с одним внутренним и с обоими прижимами. Выявили: в первом случае образуются складки на наружном фланце, а на внутреннем фланце - радиальные трещины (рис. 4, а), во втором случае образуются радиальные трещины только на внутреннем фланце. Во всех остальных случаях происходил обрыв внутренних фланцев (рис. 4, б). Это было связано с тем, что прижим с полиуретановым буфером создавал слишком большую силу для данного вида материала.
Рис. 4. Дефектообразование при формовке: а — радиальные складки и трещины; б — кольцевой обрыв внутреннего фланца обечайки
При расчетах заготовки была выдвинута гипотеза о неподвижной средней линии в процессе формовки. Для того чтобы экспериментально проверить эту гипотезу на заготовки была нанесена делительная сетка, которая показала правильность выдвинутой теории. Отклонение от центральной линии в эксперименте в радиальном направлении не превышала 0,5 мм, которая была связана с некоторой неустойчивостью пластической деформации.
В процессе формовки измерялась толщина стенки обечайки в радиальном направлении (рис. 5). Наибольшее отклонение наблюдали на границе перехода металла с кромки матрицы на торообразную поверхность пуансона с внутренней стороны, которое не превышало 19% от первоначальной толщины.
Рис. 5. Вырезанный сектор обечайки для измерения толщины деформированной
заготовки
Анализ складок и трещин на фланцах при вытяжке без прижима показали, что на наружном фланце обечайки образуется примерно 20 складок шириной - 3 мм высотой - 1 мм и длинной - 4 мм, а на внутреннем фланце образуются примерно 7 трещин шириной до 1,5 мм и глубиной до 2 мм. Так как количество трещин и складок не зависит от анизотропии материала (для анизотропного материала будет соответственно 4, 8, 16 и т.д.), то его будем считать изотропным (рис. 6).
Рис. 6. Форма кромок и разрушений при формовке обечаек: а — при формовке с прижимом фланцев; б — при формовке без прижима фланцев
552
Обрезка фланцев обечайки выполнялась по аналогии с вырубкой заготовок на упругой платформе. Для этого был изготовлен кольцевой пуансон с острыми кромками таким образом, чтобы корпус обечайки входил внутрь пуансона, а фланцы укладывались на упругую платформу. После вырубки обечайка удалялась из пуансона с помощью внутреннего стержня. Такая схема вырубки давала качественные результаты по срезу и форма обечайки не искажалась (рис. 7).
Рис. 7. Одновременная обрезка фланцев: а — непосредственно после вырубки; б — после извлечения обечайки из выгрубного штампа
Для того чтобы подтверждения теоретического анализа [1] был также проведен эксперимент с исследованием деформируемого состояния штампуемой обечайки. На образцы наносили делительные сетки [2] и замеряли координаты узлов на инструментальном микроскопе. Одновременно замерялась средняя линия заготовки диаметром Ар и ее смещение в отформованной обечайке. Искаженные ячейки делительной сетки брались в характерных зонах выше обозначенных блоков. Разработана методика расчетов интенсивности деформаций и напряжений. Она сводилась к следующей последовательности операций:
1. Нанесение на плоский образец делительной сетки и фотографирование ее;
2. Формовка заготовки до определенной промежуточной величины;
3. Снятие координат узлов искаженной ячейки;
4. Определение монотонности процесса и направление главных осей деформации (в соответствии с представлением о тензоре деформаций);
5. Проектирование искаженной ячейки на плоскость, касательной к поверхности обечайки, приложенной в точке центра рассматриваемой ячейки;
6. Определение направления первой главной оси деформации ei в первоначальной неискаженной ячейке и в ее развертке после искажения на обечайке [2];
7. Вычисление интенсивности деформаций и сравнение с предельным ее значением, полученным при испытаниях по Эриксену.
Для расчета деформаций на торовой оболочке рассмотрим произвольную ячейку, стороны которых не параллельны и не перпендикулярно меридиональной плоскости, проходящей через центр ячейки из центра оси симметрии тора. Тогда главная ось деформации ei в этой ячейке будет лежать в меридиональной плоскости, а вторая главная ось e2 будет лежать в плоскости, касательной к тору в центре ячейки, и она будет перпендикулярна первой главной оси. Третья главная ось деформации e3 пронизывает толщину оболочки, и она перпендикулярна к касательной плоскости.
Спроектировав координаты ячейки на эти оси и найдя средние длины по уравнениям a- =2arcsin(iiJ /2R), вj =2arcsin(iiJ/2r), где средние значения развертки проекций диагоналей ячейки lij на главных осях определяем по формулам /J- = pRaj /180
и ifj = m-[iLj /180 . В этих формулах R - наибольший радиус образующей тора, г - радиус
сечения тора. Зная начальные значения делительной ячейки на заготовке и усредненные значения длин материальных волокон вдоль главных осей, определим главные де-
Z1.
У у
формации по уравнениям е\ =1п—, е2 = 1п-— где /о - сторона квадрата исходной
к) 'о
ячейки. Третью главную деформацию рассчитываем из условия несжимаемости ез = - е\ - е2, значение которой можно проверить, измерив толщину отформованной оболочки в месте расположения рассматриваемой ячейки и подсчитав логарифм отношения толщин. Тогда интенсивность деформации сдвига будет равна Г^ = е^лАЗ = д/е^ + е| + е|. Основные расчетные значения для стали 12Х18Н10Т в отожженном и нагартованном виде приведены в таблице.
Результаты испытаний по искаженной делительной сетке
№ блока ei e2 e3 ei Г
1 0.078 -0.211 0.166 0.228 0.395
2 0.370 -0.192 -0.116 0.353 0.612
3 0.119 -0.103 -0.073 0.142 0.245
4 0.137 0.103 -0.083 0.156 0.269
5 0.397 0.155 -0.211 0.388 0.673
6 0.124 0.237 -0.186 0.266 0.461
Предельное напряжение определялось по формуле [ае]= ™х , где / - площадь поперечного сечения заготовки вблизи опасного для разрушения участка. Критерием штампуемости материала заготовки служат неравенства, для деформаций et < \е{ ] и напряжений оЛ < [ое ].
В ходе проведения испытаний экспериментально установлено, что при интенсивности деформации 0,427 для стали 12Х18Н10Т на внутреннем фланце появляются разрывы. При значении Q меньшей 11кН возникают складки по наружному фланцу, а при Q большей 28кН происходит уменьшение внутреннего фланца. При отсутствии центрального прижима q внутренний фланец изгибается под 48°.
Список литературы
1. Вилимок Я.А. Анализ течения металла при вытяжке-отбортовке кольцевой обечайки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 6. С. 371-376.
2. Евдокимов А.К., Назаров К.А. Способ оценки предельной деформации при локальной листовой штамповке. Патент РФ №2324918, МПК7, G01N 3/28, БИ №14 от 20.05.2008.
Вилимок Ярослав Александрович, магистр, vilimokya(a)yahoo. сот, Россия, Тула, Тульский Государственный Университет
EXPERIMENTAL STUDY CHARACTER OF DEFORMATION AT FORMING OF THE RING SHELL
Y.A. Vilimok 554
An experimental study of the metal flow during drawing-flanging of the ring shell is carried out.
Key words: shell, hood, flanging, tooling, workpiece, dividing grid.
Vilimok Yaroslav Aleksandrovich, postgraduate, vilimokya@yahoo. com, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.983
АНАЛИЗ ФОРМЫ ДЕТАЛИ И ТЕЧЕНИЯ МАТЕРИАЛА ПРИ КОМБИНИРОВАННОМ ВЫДАВЛИВАНИИ
В Н. Жерносек
Проведено исследование удлинения стальной заготовки при комбинированном выдавливании при различных температурах. Рассмотрены также и силовые параметры осуществления процесса.
Ключевые слова: технологическая сила, комбинированное выдавливание, форма детали, штамповка, нагрузка, удлинение.
В машиностроении часто применяются детали типа втулки, служащие, в основном, как переходники, крепежи или соединительные элементы. Такие детали чаще всего изготавливают из различных марки сталей с применением операций обработки металлов давлением, в частности, выдавливание [1 - 6].
При этом получение втулки может происходить как в горячем, так и холодном состоянии с применением операции выдавливания. Поэтому рассмотрим получение детали типа втулка (рис. 1) при нескольких температурах заготовки с помощью QForm.
Получение полуфабриката будет происходить с помощью комбинированного выдавливания цилиндрической заготовки в упрощенном штампе (рис. 2).
При реализации данной схемы метал перераспределяется в штампе, течет в углубление в нижней части матрицы, а также в зазор между пуансоном и матрицей. Заготовка выполнена из качественной углеродистой стали 22К и обладает изотропией механических свойств. Получение полуфабриката моделируется в трех режимах:
1 - При температуре заготовки и инструмента 20°C;
2 - При температуре заготовки и инструмента 600°C;
3 - При температуре заготовки и инструмента 1100°C.
Рис. 2. Схема инструмента с заготовкой: 1 — пуансон; 2 — заготовка; 3 - матрица
