CC BY
10
УДК 621.7.01; 621.7.79
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ С ПЕРЕМЕННОЙ ТОЛЩИНОЙ СТЕНКИ
А.Н. Исаева, П.В. Романов, Р.С. Благочиннов
Рассматривается конструкция штампа для осуществления операции вытяжки с утонением стенки цилиндрических полуфабрикатов с получением утолщений на любом заданном участке по высоте изделия. Показан принцип работы сконструированного экспериментального штампа. Приведены результаты моделирования операции с применением МКЭ.
Ключевые слова: вытяжка с утонением, утолщение, инструмент, штамп, моделирование.
В машиностроительном производстве широкое распространение находят цилиндрические изделия, имеющие утолщение боковой стенки. К ним относятся различные патрубки, переходники, штуцеры, корпуса гидроаппаратуры. Как правило, к таким деталям предъявляются повышенные требования к геометрической точности и прочностным характеристикам, т.к. они испытывают значительные нагрузки в процессе эксплуатации и должны обеспечивать конструктивную жесткость подвижных элементов (рис. 1). Поэтому для получения таких изделий предпочтительно использование штамповочных операций [1-5].
а б
Рис. 1. Примеры деталей с утолщением: а - гидроцилиндр; б - патрубок
Традиционные операции раскатки являются довольно трудоемкими и малопроизводительными, поэтому предлагается использование операции вытяжки с утонением стенки цилиндрического стаканчика с подталкиванием. Для этого разработан штамп, схема которого показана на рис. 2. Штамп состоит из следующих основных элементов: 1 - нижняя плита, 2 -направляющая колонка, 3 - втулка, 4 - нижняя матрица, 5 - съемник, 6 -пуансон, 7 - верхняя матрица, 8 - пружинный элемент съемника, 9 - средняя плита, 10 - пружина, 11 - упоры, 12 - винт, 13 - копир, 14 - ось упора, 15 - держатель пуансона, 16 - верхняя плита, 17 - пуансонодержатель.
396
1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Рис. 2. Схема штампа для изготовления изделий с переменной
толщиной стенки
Принцип работы штампа заключается в том, что помимо вытяжки с утонением стенки в нижнеи матрице 4, осуществляется утонение верхней части заготовки верхней матрицей 7. Настройка высоты формирования выступающего элемента на детали осуществляется изменением геометрических параметров копиров 13 и упоров 11. На рис. 2 слева показано исходное положение штампа для подачи заготовки, а справа начальный момент формообразования.
Проведено моделирование операции изготовления цилиндрических изделий с переменной толщиной стенки в программном комплексе QForm.
В качестве материала заготовки использована сталь 10 по ГОСТ 2590-2006. Цилиндрические образцы высотой 80 мм, диаметром 73 мм были получены вытяжкой плоских круглых заготовок толщиной 5 мм на первой операции вытяжки с зазором между пуансоном и матрицей, равным толщине листовой заготовки, поэтому при моделировании принималось, что утолщение фланцевой части откалибровано при выполнении операции. После первой операции проводился отжиг полуфабриката, следовательно, осуществлен возврат к исходным механическим свойствам Стали 10 в состоянии поставки. В качестве смазки при реализации операции использовалось минеральное масло, а фактор трения рассчитывался по Леванову, являющийся универсальным симбиозом трения Кулона и Зибеля и рекомендуемый для расчетов высоконагруженных операций листовой и объемной штамповки.
Операция вытяжки с утонением и формовкой утолщения реализо-вывалась на гидравлическом прессе с силой 50 МН и скоростью перемещения ползуна 50 мм/с. Конические участки верхней и нижней матрицы имели угол конусности 10...30°, а зазор между пуансоном и матрицей варьировался для обеспечения коэффициента утонения в диапазоне 0,5...0,9, причем он может отличаться для нижней и верхней матрицы в зависимости от необходимой геометрии получаемой детали.
397
На рис. 3 показаны основные этапы формирования утолщения на боковой стенке полуфабриката.
Рис. 3. Этапы формирования утолщения на боковой стенке
полуфабриката
Исследовалось влияние разнообразных технологических параметров инструмента, заготовки, величины фактора трения на силовые режимы получения разнотолщинного изделия. График изменения силы операций от относительного перемещения инструмента при различных значениях фактора Ш1 трения показан на рис. 4.
Анализируя схему процесса (рис. 3) и полученный график (рис. 4), можно увидеть, что изменение величины силы операции можно разложить на три характерных этапа.
На первом этапе осуществляется заполнение конического участка матрицы посредством вытяжки, в связи с этим сила операции растет, верхняя матрица касается торца заготовки. За счет подталкивающего эффекта верхней матрицы, можно достигнуть больших степеней деформации, чем при проведении классической операции вытяжки с утонением стенки.
Р,МН
0,01 й, оси
у / ^ 1 >г ____
/уг
1 II К
/ /1 1 1
у 1 1 III
1 1
с 1
о о.ооо
Рис. 4. Зависимость силы операции от относительного перемещения при вытяжке при различных значения фактора трения Леванова:
1 - т1 = 0,3, 2 - тх = 0,15, 3 - т1 = 0,05
398
На втором этапе основное формообразование осуществляется за счет перемещения верхней матрицы, утоняя стенки в пластическом очаге деформирования как верхней, так и нижней матрицы и одновременно с этим формируется утолщение на боковой стенке. В следствие этого технологическая сила на этом этапе продолжает расти, но с меньшей интенсивностью. В зависимости от конфигурации инструмента и соотношения коэффициентов утонения на нижней и верхней матрице, сжимающие напряжения в стенке полуфабриката между двумя матрицами могут оказаться критическими, что может привести к потере устойчивости боковой стенки и образованию складки. Помимо потери устойчивости боковой стенки, может образоваться зазор между донной частью полуфабриката и торцом пуансона, который приведет к формированию неправильной геометрии изделия.
На третьем этапе происходит формирование утолщения на боковой стенке детали до заданных размеров, при этом сила операции постепенно снижается.
Выводы
1. Показанный способ, путем выдавливания и подталкивания в осевом направлении, позволяет интенсифицировать технологию получения оболочки с переменной толщиной стенки, а также формовать утолщение на любом заданном участке по высоте изделия.
2. Перед проектированием штамповой оснастки и назначением исполнительных размеров инструмента необходима тщательное теоретическое моделирование для предотвращения образования брака в виде складкообразования и формирования неправильной геометрии детали из-за образования зазора между пуансоном и донной частью полуфабриката.
Работа выполнена в рамках гранта НШ-2601.2020.8.
Список литературы
1. Ковка и штамповка: справочник. 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. Т. 4. 732 с.
2. Нечепуренко Ю.Г., Яковлев С.П., Яковлев С.С. Глубокая вытяжка цилиндрических изделий из анизотропного материала. Тула: ТулГУ, 2000. 195 с.
3. Малоотходная, ресурсосберегающая технология штамповки / под ред. В. А. Андрейченко, Л.Г. Юдина, С.П. Яковлева. Кишинев: ишуегзказ, 1993. 240 с.
4. Яковлев С.С., Трегубов В.И., Нечепуренко Ю.Г. Глубокая вытяжка анизотропного упрочняющегося материала // Заготовительные производства. 2005. № 4. С. 38 - 44.
5. Яковлев С.П., Яковлев С.С., Андрейченко В.А. Обработка давлением анизотропных материалов. Кишинев: Квант. 1997. 331 с.
399
Исаева Анна Николаевна, инженер, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, АО «НПО «СПЛАВ» имени А.Н. Ганичева»,
Романов Павел Витальевич, студент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Благочиннов Роман Сергеевич, студент, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
MANUFACTURING OF CYLINDRICAL PRODUCTS WITH VARIABLE WALL THICKNESS
A.N. Isaeva, P.V. Romanov, R.S. Blagochinnov
The paper presents the design of a die for performing the extraction operation with thinning the wall of cylindrical semi-finished products to obtain thickening at any given site in the height of the product. The principle of operation of the designed experimental stamp is shown. The results of modeling the operation using FEM are presented.
Key words: hood with thinning, thickening, tool, stamp, modeling.
Isaeva Anna Nikolaevna, еngineer, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, JSC «SPLAV SPA» named after A.Ganichev»,
Romanov Pavel Vitalyevich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Blagochinnov Roman Sergeevich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.7.043
РАЗРАБОТКА ОСНАСТКИ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ НА ДВУХОСНОЕ РАСТЯЖЕНИЕ
Я.А. Вилимок
Проводятся исследования вытяжки сферического купола при схеме напряженного состояния, близкой к двухосному растяжению.
Ключевые слова: сферический купол, вытяжка, листовой метал, метод конечных элементов, предельная высота.
Для операций листовой штамповки наиболее неблагоприятной для пластической деформации является схема двухосного напряженного состояния. По результатам испытаний на двухосное растяжение можно судить о пригодности металлов к вытяжке.
400
