CC BY
3
УДК 621.7.01; 621.7.79
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-10-345-348
ФОРМИРОВАНИЕ КОЛЬЦЕВОГО ВЫСТУПА В СТЕНКЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЗАГОТОВКИ
П.В. Романов, А.В. Харченко
В современных условиях развитие экономичного и высокопроизводительного производства изделий приобретает особую актуальность. Огромное значение несет совершенствование и разработка новых технологий обработки заготовок. Большим потенциалом для повышения технологичности изготовления изделий из листа обладают методы обработки давлением. В работе приводятся результаты исследования технологической формоизменяющей операции раздача, формирующей кольцевой выступ в стенке цилиндрической заготовки. Необходимость применения данной операции возникает при изготовлении деталей машиностроения, представляющих собой элементы корпусов, заглушки, переходники, штуцеры и т.д. Исследование процесса деформирования осуществлялось при помощи конечно-элементного моделирования в программном комплексе QForm. Показано распределение полей среднего напряжения и интенсивности линейных деформаций, а также изменение силовых режимов операции в зависимости от различных толщин исходной заготовки. Приведены рекомендации по назначению технологических режимов и проектированию штамповой оснастки.
Ключевые слова: раздача, кольцевой выступ, напряжения, деформации, сила, трение.
В машиностроительной отрасли имеется ряд цилиндрических изделий, обладающих кольцевой выступающей частью, расположенной на любом участке боковой стенки. Такие изделия могут применяться в качестве заглушек, переходников, корпусных элементов и т.д. Наиболее эффективной и простой технологией получения таких деталей является вытяжка цилиндрических стаканчиков из плоской заготовки с последующей раздачей кольцевого выступа [1-6]. Эскиз детали с кольцевым выступом и схема ее получения методом пластического деформирования показана на рис. 1. Деформирование осуществляется в цилиндрическую разъемную матрицу пуансоном, воздействующим на верхний торец заготовки. Конструкция матрицы, состоящая из двух половин, разделенная плоскостью по максимальному диаметральному размеру кольцевого выступа, обеспечивает извлечение полученного изделия в результате выполнения операции раздачи [4].
Проведем исследование процесса формообразования кольцевого выступа на боковой поверхности детали «Колпак», являющейся заглушкой ступичного подшипника автомобиля и выполненной из стали 10. С целью упрощения процесса моделирования, не влияющее на результаты, матрица сделана цельной. Деформирование осуществлялось на гидравлическом прессе номинальной силой 50 МН без предварительного нагрева очага деформируемой. Заготовкой являлся цилиндрический стакан диаметром 46 мм и высотой 25 мм, полученный вытяжкой без утонения. Толщина стенки S варьировалась в диапазоне 0,5.. .1,5 мм, коэффициент трения 0,15, максимальная величина перемещения пуансона 5 мм.
б
Рис. 1. Эскиз детали «Колпак» - а; расчетная схема - б: 1 - пуансон, 2 - матрица, 3 - заготовка
Моделирование проводилось с применением программного комплекса QForm. На рис. 2 и рис. 3 показаны поля распределения средних напряжений и интенсивности линейной деформации в заготовке на конечной стадии деформирования соответственно при различных начальных толщинах заготовки £ .
Известия ТулГУ. Технические науки. 2022. Вып. 10
в
Рис. 2. Распределение средних напряжений в заготовке при раздаче: а - 5 =0,5 мм; б - S =1 мм;
S =1,5 мм
в
Рис. 3. Распределение накопленной деформации в заготовке при вытяжке: а - 5 =0,5 мм; б - 5 =1 мм; 5 =1,5 мм
Рис. 4. График технологической силы на пуансоне в зависимости от относительного перемещения инструмента: 1 - 5 =0,5 мм; 2 - 5 =1 мм; 5 =1,5 мм
Проведенный анализ полей распределения среднего напряжения показал, что увеличение начальной толщины заготовки с 0,5 мм до 1,5 мм приводит к возрастанию в 2 раза как сжимающих, так и растягивающих напряжений. Основной рост напряжений происходит при изменении толщины с 0,5 до 1 мм, причем сжимающие напряжения превышают растягивающие в 2.. .2,5 раза по своей абсолютной величине.
Аналогичная зависимость наблюдается и для поля распределения накопленной деформации в заготовке. Увеличение толщины заготовки в рассматриваемом диапазоне ведет к росту накопленной деформации на 40.45%.
На рис. 4 показана зависимость изменения технологической силы на инструменте от его относительного перемещения и толщины стенки заготовки.
Исследования силовых режимов при раздаче кольцевого выступа показали, что увеличение толщины заготовки с 0,5 до 1,5 мм приводит к росту технологической силы операции в 7.9 раз. Основной скачек силы происходит в начальный момент деформирования до начала потери устойчивости стенки заготовки, затем интенсивность роста силы заметно снижается.
Работа выполнена при финансовой поддержке Правительства Тульской области ДС/300.
Список литературы
1. Малоотходная, ресурсосберегающая технология штамповки / Под ред. В.А. Андрейченко, Л.Г. Юдина, С.П. Яковлева. Кишинев: Universitas, 1993. 240 с.
2. Ковка и штамповка: Справочник: В 4 т. Т.4. Листовая штамповка/ Под общ. Ред. С.С. Яковлева; ред. совет: Е.И. Семенов (пред.) и др. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2010. 732 с.
3. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977. 423 с.
4. Справочник конструктора штампов: Листовая штамповка / Под общ. ред. Л.И. Рудмана. М.: Машиностроение, 1988. 496 с.
5. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1977. 278 с.
6. Яковлев С.П., Яковлев С.С., Андрейченко В.А. Обработка давлением анизотропных материалов. - Кишинев: Квант. 1997. 331 с.
Романов Павел Витальевич, аспирант, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Харченко Антон Витальевич, студент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
FORMATION OF AN ANNULAR PROTRUSION IN THE WALL OF A CYLINDRICAL WORKPIECE
P.V. Romanov, A.V. Kharchenko
In modern conditions, the development of economical and high-performance production ofproducts is becoming particularly relevant. Of great importance is the improvement and development of new technologies for processing workpieces. Pressure treatment methods have a great potential for improving the manufacturability of sheet products. The paper presents the results of a study of the technological shaping operation distribution, which forms an annular protrusion in the wall of a cylindrical workpiece. The need for this operation arises in the manufacture of machine-building parts, which are elements of housings, plugs, adapters, fittings, etc. The study of the deformation process was carried out using finite element modeling in the QForm software package. The distribution of the fields of average stress and intensity of linear deformations is shown, as well as the change in the power modes of the operation depending on the different thicknesses of the initial workpiece. Recommendations on the purpose of technological modes and the design of die tooling are given.
Key words: distribution, annular projection, stresses, deformations, force, friction.
Romanov Pavel Vitalyevich, postgraduate, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Kharchenko Anton Vitalievich, student, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
