CC BY
15
Калпин Юлий Григорьевич, д-р техн. наук, профессор, kalpin@inbox.ru, Россия, Москва, Московский политехнический университет
EXPERIMENTAL STUDY OF THE KINEMATICS OF METAL FLOW IN UPSETTING OF RECTANGULAR
PLAN DETAILS
D.A. Glazunov, Yu.K. Filippov, Yu.G. Galpin
The paper presents an experimental study of the metal flow by the coordinate grid method, in order to study the kinematics of the metal flow with parts with a rectangular head in plan.
Key words: method of a grid, the deformation of the rectangular head, the velocity distribution in the metal flow, the landing rod details with a rectangular head in the plan.
Glazunov Dmitry Alexandrovich, postgraduate, glazunov_d@mail.ru Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University,
Filippov Julian Kirillovich, doctor of technical sciences, professor, yulianf@mail.ru, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University,
Calpin Julius Grigoryevich, doctor of technical sciences, professor, kalpin@inbox.ru, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University
УДК 621.979.134-73.043
ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССА ОТРЕЗКИ - ШТАМПОВКИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ КОНТАКТОВ НА ОСНОВЕ
МОДЕЛИРОВАНИЯ
Хоанг Мань Жой
В данной работе выполнен анализ современного способа производства контактов силовых предохранителей из листового проката резкой на полосы, вырубкой двух деталей -основания с выступами и ножа с пазами, и последующей их соединением расклепкой. Исследована возможность изготовления контакта силового предохранителя за одну операцию в одном штампе путем отрезки от прутковой заготовки с последующей осадкой и выдавливанием. Представлены результаты исследования инновационного ресурсосберегающего безотходного процесса отрезки мерной заготовки от прутка с последующей штамповкой поперечной осадкой и выдавливанием. Для данного процесса выполнены физическое и математическое моделирование формоизменения и расчет напряженно-деформированного состояния, установлены взаимосвязи между технологическими и силовыми параметрами. Теоретические исследования выполнены на основе метода верхней оценки. В результате физического и математического моделирования выявлены особенности формоизменения прутковой заготовки при отрезке и последующей штамповке. Установлены взаимосвязи силовых и геометрических параметров. Разработана экспериментальная оснастка для реализации процесса. Изготовлены опытные образцы изделий.
Ключевые слова: контакт предохранителя, совмещенные процессы штамповки, прутковая заготовка, отрезка, поперечная осадка, сегментная фаска, выдавливание, твердотельная модель, штам-повая оснастка
В настоящее время в металлообрабатывающей промышленности приоритетным направлением является внедрение ресурсосберегающих технологий, обеспечивающих экономию материалов и снижение трудоемкости за счет сокращения числа технологических операций. Одним из решений является применение совмещенных процессов ОМД на основе выполнения разделительных и формоизменяющих переходов в одной штамповой оснастке. Совмещенные процессы в штамповке известны уже несколько десятилетий, и широко реализуются в работе многопозиционных автоматов COLDMATEK и HOTMATEK для изготовления большой номенклатуры крепежных изделий из проволоки и прутков диаметром до 20 мм. После отрезки заготовка подвергается продольной осадке и многооперационной высадке в подвижных пуансонах или разъемных матрицах.
Осадка широко используется в операциях ковки и штамповки, в основном, вдоль оси заготовки (продольная осадка). При кузнечной операции протяжке реализуется поперечная осадка. Поперечная осадка при штамповке в закрытой матрице является сравнительно новой операцией [1] и нашла свое развитие в совмещенном процессе отрезка-штамповка [2], а также для изготовления осесиметричных заготовок взамен вырубки [3].
В современном производстве имеется широкая номенклатура тонколистовых осесимметрич-ных изделий из пластичных сталей и сплавов цветных металлов, которые можно изготавливать процессами отрезки - штамповки, совмещая в одном технологической оснастке разделительный и формоизменяющие переходы, например, поперечной осадки и прямого выдавливания [4].
Однако, в работах [4,5] отмечается: процесс поперечной осадки осуществляется при значительных (до 1 ГПа) давлениях даже для пластичных алюминиевых сплавов, что требует дополнительных исследований на основе физического и математического моделирования. Большая величина накопленной деформации и значительная ее неравномерность при поперечной осадке для сплавов с невысокой технологической пластичностью требует дополнительного межоперационного отжига и снижает эффективность совмещенного процесса.
Совмещенными процессами отрезки - поперечной осадки можно изготавливать широкую номенклатуру тонколистовых осесимметричных изделий, таких как монеты и медали, гербы городов, значки и памятные знаки [6,7].
Действующий на предприятиях технологический процесс изготовления контакта силового предохранителя 100-400А из технического алюминия АД1 включает несколько технологических операций листовой штамповки, включающих резку листа на полосы, разрезку полосы на карточки, вырубку заготовки ножевой части с двумя прямоугольными выступами, пробивку двух прямоугольных пазов в заготовке основания и сборку ножа с основанием расклепкой (рис. 1, а). При этом основание может быть квадратной (как на рис. 1, б), так и круглой формы (рис. 1, в).
а б в
Рис. 1. Твердотельная модель составного контакта
Исследуемый совмещенный процесс предполагает изготовление контакта за одну операцию отрезкой заготовки от прутка в штампе и ее последующую поперечную осадку с выдавливанием ножевой части (рис. 2).
а б в г
Рис. 2. Стадии совмещенного процесса отрезки-штамповки в исходном положении: а, 1- пруток, после отрезки; б, 1 — отрезанная заготовка, после осадки; в, 1- осаженная заготовка, после
выдавливания; г, 1- цельный контакт с выдавленной ножевой частью; 2 — пуансон для отрезки и штамповки; 3 — закрытая матрица с радиальным отверстием
Особенности формоизменения при первом переходе совмещенного процесса - отрезке подробно описаны в работах [8,9]. Зависимости силы отрезки и средних напряжений приведены на рис. 3, а, б. С учетом главного недостатка способа [2] - жесткой взаимосвязи размеров заготовки и размеров
132
детали в плане из условия несжимаемости был выполнен расчет размеров прутка и сконструирована экспериментальная оснастка, построена ее твердотельная модель в графическом редакторе SOLIDWORKS [10], и выполнено физическое и математическое моделирование процесса [4,5,11,12].
На рис. 4 представлена схема поперечной осадки в цилиндрической матрице с указанием геометрических параметров формоизменения - сегментной фаски с размерами а х 5, где а - длина, 5 - ширина и высота фаски.
а б
Рис. 4. Схема поперечной осадки: а - осевой разрез; б - вид в плане (в исходном положении (слева) и в завершающей стадии (справа))
Экспериментально установлено, что максимальная нагрузка на инструмент приходится на стадию осадки. Давление осадки зависит от формы поперечного сечения исходного проката (круг, квадрат, полоса), соотношения размеров в плане и параметра незаполнения -относительной сегментной фаски 5/R, где 5 - величина сегментной фаски, R - радиус матрицы [4]. Так, минимальные давления обеспечиваются применением круглых прутков и компактных заготовок (с длиной, равной диаметру).
Однако, приведенные на рис. 5 зависимости справедливы для случая осадки в закрытую матрицу, без компенсаторов объема. В исследуемом совмещенном процессе применяется матрица с щелевым пазом для выдавливания ножевой части контакта, которое начинается в начале стадии осадки, о чем свидетельствует падение уровня средних напряжений в объеме заготовки (рис. 6, б).
го о.
(3
1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 О
-D 17x17-
• D 7x18
5/R
0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 -■—11x22x3 -»—14x17x17 —А— 17x17x2,5 5/R
Рис. 5. Зависимость давления осадки от параметра незаполнения S/R для проката различных сечений и заготовок разной формы в плане
а б
Рис. 6. Зависимость силы (а) и средних напряжений (б) при штамповке осадкой и выдавливанием
Математическое моделирование процесса выполнено в конечно-элементных вычислительных системах р-Богш [11] и ББРОКМ3Б [12]. Некоторые результаты исследования напряженно-деформированного состояния приведены на рис. 7.
Рис. 7. Поля распределения интенсивности напряжений на поверхности и в объеме на разных стадиях формоизменения заготовки контакта
Рис. 8. Твердотельная модель штампа для изготовления контакта совмещенным процессом отрезки с осадкой и выдавливанием за одну операцию
По результатам моделирования изготовлена экспериментальная оснастка, в которой получена опытная партия деталей «контакт предохранителя» и разработана конструкция опытно-промышленного штампа для реализации за одну операцию совмещенного процесса отрезки - штамповки осадкой и выдавливанием, твердотельная модель которого приведена на рис. 8.
Список литературы
1. Кислый П.Е., Чижик-Полейко В.Б. Способ изготовления изделий круглого сечения. Патент СССР № 110791223, 1982.
2. Соловцов С.С., Козьмин А.А., Лисунец Н.Л. Устройство для безотходного изготовления из прутков коротких заготовок. Патент СССР № 15322056, 1989.
3. Соловцов С.С. Производство точных заготовок отрезкой и вырубкой // КШП-ОМД, 2005. №9. С. 22-24.
4. Лисунец Н.Л., Хоанг Мань Жой. Исследование процесса осадки в закрытой цилиндрической матрице при производстве заготовок для холодной объемной штамповки // Заготовительные производства в машиностроении, 2018. Т. 16. № 6. С. 258-265.
5. Лисунец Н.Л., Хоанг Мань Жой. Расчеты энергосиловых параметров и формоизменения заготовок при закрытой поперечной осадке на основе физического и математического моделирования // Сб.трудов XI Международного Конгресса прокатчиков. Магнитогорск, 2017. Т. 2. С. 414-419.
6. Лисунец Н.Л., Деметрашвили И.С., Хоанг Мань Жой. Разработка и исследование процесса изготовления цилиндрических заготовок из сплавов цветных металлов для штамповки на основе моделирования // Цветные металлы, 2018. №5. С.82-86.
7. Лисунец Н.Л., Деметрашвили И.С., Хоанг Мань Жой. Совершенствование технологического процесса изготовления тонколистовых заготовок для чеканки и рельефной формовки на основе моделирования // Сб. трудов XIII Конгресса кузнецов. Рязань, 2017. С. 119-126.
8. Лисунец Н. Л. Повышение эффективности процессов изготовления заготовок из металлопроката разрезкой сдвигом на основе моделирования // Черные металлы, 2018. №6. С. 31-35.
9. Lisunets N.L. Usage of phisical and mathematical simulation for improvement of the processes of metall shear cutting. CIS Iron and Steel Reviev, 2019. Vol.17(2019). P. 34-38.
10. Система трехмерного автоматизированного проектирования [Электронный ресурс] URL: https://www.solidworks.com/ru (дата обращения: 10.06.2019).
11. QForm\Моделирование процессов обработки металлов давлением [Электронный ресурс] URL: http://www.qform3d.ru/ (дата обращения: 10.06.2019).
12. DEFORM3D\Инжиниринговая компания «ТЕСИС» [Электронный ресурс] URL: https://tesis.com.ru/cae brands/deform/3d.php (дата обращения: 10.06.2019).
Хоанг Мань Жой, аспирант, Hmgioi. hm@gmail. com, Россия, Москва, НИТУ "МИСИС "
RESEARCH AND DEVELOPMENT OF THE PROCESS OF CUTTING-STAMPING FOR THE MANUFACTURE OF ALUMINUM CONTACTS ON THE BASIS OF MODELING
Hoang Manh Gioi
In this paper, the analysis of the modern method of production of contacts of si-lov fuses from sheet metal by cutting into strips, cutting down two parts-the base with projections and the knife with grooves, and their subsequent connection by riveting. The possibility of manufacturing the contact of the power fuse in one operation in one die by cutting from the bar blank with subsequent precipitation and extrusion is investigated. Presents the research results of innovative resource-saving non-waste process segments dimensional workpiece on the rod, followed by punching the priest river settlement and squeezing. For this process, physical and mathematical modeling of shaping and calculation of the stress-strain state are performed, the relationship between the technological and power parameters is established. Theoretical studies are based on the upper bound method. In a result of the physical and mathematical modeling of peculiarities offormos change rod blanks for parting and subsequent stamping. Interrelations of force and geometrical parameters are established. The experimental equipment for process realization is developed. Prototypes ofproducts are made.
Key words: contact fuse, the combined processes of forging, bar billet, cut, transverse sediment segment chamfer, extrude, solid model, stanova snap.
Hoang Manh Gioi, postgraduate, Hmgioi. hm@gmail. com, Russia, Moscow, NUST "MISIS"
