CC BY
12
УДК 621.983; 539.974
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-339-343
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА ОТКРЫТОЙ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ
ПОКОВКИ ДЕТАЛИ «ВИЛКА»
П.В. Романов, А.В. Харченко
В статье рассмотрены вопросы оптимизации процесса объемной штамповки поковки детали «Вилка». Предлагается осуществлять технологию в открытом штампе методом штамповки «валетом». Выявлено влияние технологических параметров процесса, условий трения, количества зубьев на напряженно-деформированное состояние полуфабриката, силовые режимы операции. Показаны основные преимущества и недостатки предлагаемой технологической схемы.
Ключевые слова: открытая штамповка, силовые режимы, штамповка валетом, интенсивность напряжений, интенсивность деформаций.
В машиностроении широко используются различные виды валов для передачи крутящего момента. В частности, карданные передачи используются для передачи вращения от одного блока к другому с изогнутой осью и меняющимся расстоянием между блоками. В конструкции карданного вала присутствует деталь «вилка». Данная деталь имеет различные типоразмеры и габариты. Основным способом изготовления деталей типа «вилка» является получение поковок объемной штамповкой в открытых и закрытых штампах с последующей механической обработкой. При открытой штамповке облой гарантирует получение заданной конфигурации поковки, но, являясь технологической необходимостью, он одновременно увеличивает потери металла, силу деформирования, требует введения дополнительной операции обрезки. Способ штамповки в закрытых штампах (безоблойной штамповки) более экономичен, так как позволяет получить поковку с минимальной последующей обработкой резанием. Этот способ позволяет реализовать схему неравномерного всестороннего сжатия при значительной величине боковых сжимающих напряжений. Он способствует лучшему выявлению пластических свойств металлов. Закрытая штамповка позволяет снизить себестоимость поковок на 30...40 %, значительно сокращает трудоемкость последующей обработки резанием [1-12].
В данной работе рассмотрена операция формоизменения удлиненной в плане детали «Вилка». В связи со сложной конфигурацией поковки и большим отходом металла в облой при открытой штамповке, наиболее целесообразно использовать способ штамповки «валетом». Данный способ подразумевает штамповку одновременно двух поковок с минимальным отходом металла в облой. Основным штамповым оборудованием при ее штамповке является кривошипный горячештамповочный пресс.
Заготовка выполнена из стали 40, размеры цилиндра 42х107мм. Параметры процесса: температура заготовки 1100°С. Температура инструмента 20 °С. Трение варьировалось в диапазоне 0,1...0,3. Ширина облойной канавки задавалась 3, 5, 7 мм. Эскиз поковки показан на рис. 1.
/ ¿5
74,57
5-6
подернуто
Рис. 1. Эскиз поковки детали «Вилка»
339
Обычно технология штамповки таких поковок включает в себя предварительное профилирование заготовок на ковочных вальцах, штамповку на прессах за один-два перехода в открытых или закрытых штампах обрезку облоя и очистку поковки от окалины. Ввиду сложной формы поковки в процессе формоизменения образуется большое количество облоя, приводящего к увеличенным потерям металла и снижению эффективности производственного процесса. В связи с этим проведем моделирование процесса одновременной штамповки деталей «Вилка» в программном комплексе QForm с целью определения правильности проектирования поковки, выбора оптимальных размеров заготовки и правильности расчета переходов вальцовки.
Предлагается интенсифицировать данную технологию путем одновременной штамповки двух поковок для более равномерного перераспределения материала, что позволит сократить количество штамповочных переходов на КГШП, уменьшить количество металла, вытекающего в облой. Это позволит значительно сократить штучное время изготовления поковки и повысить коэффициент использования материала на 20...30 %.
Рис. 2. Схема штамповки детали «Вилка» из цилиндрической профилированной заготовки: 1 - верхняя вставка; 2 - нижняя вставка; 3 - заготовка
Проведем исследование влияния различных технологических параметров процесса, условий трения, температуры нагрева заготовки, температуры инструмента на напряженно-деформированное состояние полуфабриката и силовые режимы операции.
На рис. 3. показано распределение интенсивности напряжений в поковке при их деформации в ручье штампа с шириной облойной канавки, изменяющейся от 3 до 7 мм и коэффициентом трения 0,1.. .0,3.
Анализ изменения интенсивности напряжений в теле поковки показывает, что увеличение коэффициента трения от 0,1 до 0,3 приводит к росту интенсивности напряжений на 3.5%. Стоит отметить, что изменение ширины облойной канавки от расчетной не приводит к существенному изменению напряженного состояния заготовки, однако ее уменьшение может привести к снижению давления в штампе и не заполнению ручья с образованием брака продукции, а увеличение к вероятности возникновения повышенного давления и заклинивания штампа.
в
Рис. 3. Интенсивность напряжений в поковках при их деформировании в ручье штампа с разной шириной облойной канавки: а - 3 мм; б -5 мм; в - 7 мм (коэффициент трения 0,1)
в
Рис. 4. Интенсивность напряжений в поковках при их деформировании в ручье штампа с разной шириной облойной канавки: а - 3 мм; б -5 мм; в - 7мм (коэффициент трения 0,15)
в
Рис. 5. Интенсивность напряжений в поковках при их деформировании в ручье штампа с разной шириной облойной канавки: а - 3 мм; б -5 мм; в - 7 мм (коэффициент трения 0,3)
в
Рис. 6. Интенсивность деформации в поковках при их деформировании в ручье штампа с разной шириной облойной канавки: а - 3 мм; б -5 мм; в - 7мм (коэффициент трения 0,15)
На рис. 6 показан уровень распределения величины интенсивности деформации по объему полуфабриката в зависимости от параметров облойной канавки при фиксированном коэффициенте трения на границах заготовки и инструмента.
При анализе деформированного состояния заготовки видно, что наибольший уровень интенсивности деформаций сосредоточен в области радиусного перехода от тела поковки в облой. Исследования показали, что увеличение ширины облойной канавки с 3 до 7 мм приводит к росту величины накопленной деформации на 20...25%. Увеличение коэффициента трения с 0,1 до 0,3 приводит к росту уровня интенсивности деформаций на 3.5%.
Проведем оценку силовых характеристик получения поковки детали «Вилка». Изменение величины силы формообразующего процесса в зависимости от относительного хода деформирующего инстру-
- И
мента И =_и ширины облойной канавки показано на рис. 7.
h
max
р, мн
Рис. 7. Изменение силы формообразующего процесса при изменении ширины облойной канавки: 1 - 3 мм; 2 - 5 мм; 3 - 7 мм (коэффициента трения 0,15)
Анализ изменения силовых режимов показывает, что увеличение ширины облойной канавки с 3 до 7 мм приводит к увеличению силы на ползуне пресса на 10... 15%, а уменьшение коэффициента трения приводит к снижению уровня технологической силы операции штамповки детали «Вилка». Максимум силы приходится на завершительную стадию операции, где происходит формирование окончательного профиля поковки и уменьшение высоты мостика облойной канавки до номинального значения.
Список литературы
1. Ковка и штамповка. Справочник в 4-х томах. Под ред. Е.И. Семенова. М.: Машиностроение, 2010. 570 с.
2. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977. 423 с.
3. Третьяков А.В., Зюзин В.И. Механические свойства металлов и сплавов при обработке металлов давлением. М.: Металлургия, 1973. 224 с.
4. Новые наукоемкие технологии в технике. Энциклопедия в 4-х т. / под ред. Касаева К.С. 1994. Рос. космич. агентство. Т 4. 208 с.
5. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Т 3. 6-е изд., перераб. и доп. М. : Машиностроение, 1982. 576 с.
6. Специальные технологические процессы и оборудование обработки давлением / В.А. Голен-ков, А.М. Дмитриев, С.П. Яковлев, С.С. Яковлев и др.; под ред. В.А. Голенкова, А.М. Дмитриева. М.: Машиностроение, 2004. 464 с.
7. Технология конструкционных материалов (Технологические процессы в машиностроении): учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов: в 4 ч. Ч. 3. Производство заготовок / С.П. Яковлев [и др.]. Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. 582 с.
8. Гун Г.Я. Математическое моделирование процессов обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1983. 352 с.
9. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением. Екатеринбург: Уральский государственный технический университет (УПИ), 2001. 836 с.
10. Теория ковки и штамповки / Под ред. Е.П. Унксова, А.Г. Овчинникова. М.: Машиностроение, 1992. 720 с.
11. Яковлев С.П., Кухарь В.Д. Штамповка анизотропных заготовок. М.: Машиностроение, 1986.
136 с.
12. Яковлев С.П., Яковлев С.С., Андрейченко В.А. Обработка давлением анизотропных материалов. Кишинев: Квант. 1997. 332 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
INTENSIFICATION OF THE PROCESS OF OPEN VOLUMETRIC STAMPING OF THE FORGING
OF THE «FORK» PART
P.V. Romanov, A.V. Kharchenko
The article deals with the optimization of the process of volumetric forging forging of the "Fork" part. It is proposed to implement the technology in an open die by the "jack" stamping method. The influence of technological parameters of the process, friction conditions, the number of teeth on the stress-strain state of the semifinished product, power modes of operation is revealed. The main advantages and disadvantages of the proposed technological scheme are shown.
Key words: open stamping, power modes, jack stamping, stress intensity, strain intensity.
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
УДК 621.77; 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-343-348
ПРЯМОЕ ВЫДАВЛИВАНИЕ ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ В МАТРИЦУ С ПЛОСКОЙ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ
А.А. Пасынков, Н.М. Чекмазов, Н.М. Матченко
Соединительные элементы жидкостных систем трубопроводов представляют собой цилиндрические оболочки с относительно широкой фланцевой частью, которая является ответной частью под сварку. Получать фланцевые утолщения на трубах возможно, как механическими способами обработки, так и пластическим деформированием. Рассмотрим получение труб с фланцевыми утолщениями методом прямого выдавливания. Считаем, что деформированию подвергаются трубы из титана ВТ6. Деформирование происходит в изотермических условиях. Выполнено моделирование операции. Установлено влияние редукции, геометрии матрицы на силу процесса. Установлены рациональные режимы деформирования.
Ключевые слова: прямое выдавливание, горячее деформирование, геометрия, исследование.
В статье рассмотрен процесс изготовления трубных полуфабрикатов с фланцевой частью. Такие изделия возможно получать либо мехобработкой, что сопровождается неизбежными потерями материала, либо процессами формообразования. Рассмотрено получение таких изделий прямым выдавливанием трубы из титана ВТ6 при температуре 900°С . Процесс сопровождается значительным давлением на инструмент. Этот фактор требует анализа в целях составления рекомендаций по назначению режимов технологии. Ввиду этого в программе DEFORM выполнено моделирование прямого выдавливания труб. На рис. 1 дана схема операции до начала процесса и в конце рабочего хода.
Заготовка для моделирования - труба из сплава ВТ6. Габариты заготовки: наружный диаметр -80 мм; толщина стенки - 5 мм; высота - 50 мм. Температура деформирования 900°С . Скорость деформирования 5.500 мм/мин. Оценивалось влияние редукции на ход процесса. Редукция варьировалась в интервалах редукции r = ——— = 0 3...0 8 . Коэффициент трения 0,25. Особенностью операции является r1 " r0
геометрия матрицы, то есть участок в зоне деформаций имеет радиальный переход.
Выполнен ряд компьютерных опытов. Рассмотрев результаты моделирования и проанализиро-
—2 " —0
вав их, установлено влияние редукции — = —-—, величины радиуса скругления матрицы, скоростей пе-
r1 " r0
ремещения деформируещего элемента на средние напряжения, максимальные величины деформаций и давление.
