CC BY
8
УДК 621.7.01; 621.7.79
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-5-302-306
К ОЦЕНКЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ МНОГООПЕРАЦИОННОЙ
ВЫТЯЖКИ
С.Н. Ларин, А.А. Пасынков, Ю.В. Бессмертная
Тонкостенные цилиндрические оболочки получают посредством вытяжки листовой заготовки. В случаях, когда данные детали представляют совокупность ступеней разного диаметра, вытяжка является единственным рациональным методом их получения. Применение в качестве исходной заготовок лент позволяет обеспечить высокий уровень производительности с широкими возможностями автоматизации. Рассмотрена вытяжка в ленте многоступенчатой детали. Используя комплекс DEFORM был выполнен ряд компьютерных опытов, в ходе которых установлены критические значения высоты изделия, исходя из величин деформаций для каждого из геометрических сочетаний. Определены режимы деформирования исходя из предельно допустимых высот получаемых деталей. Рассмотрены разные технологические варианты получения детали.
Ключевые слова: многооперационная вытяжка, деформации, геометрия, деформирование.
В машиностроении есть номенклатура осесимметричных ступенчатых изделий, представляющих собой совокупность ступенчатых элементов различных диаметров. Такие изделия могут быть использованы как элементы изделий, так в качестве корпусных оболочек. Получение таких деталей рациональней всего методами пластического формоизменения. В зависимости от габаритов деталей возможны разные пути их получения. Для относительно негабаритных деталей с точки зрения обеспечения простоты их получения в совокупности с экономичностью вытяжка данных деталей обладает наибольшими преимуществами. Применение в качестве исходной заготовки рулонов ленты позволяет обеспечить высокий уровень производительности с широкими возможностями автоматизации. Интерес представляет определение предельных режимов деформирования исходя из получения деталей с максимально возможной высотой.
Рассмотрена вытяжка в ленте детали, эскиз которой дан на рис. 1. Исследовался процесс вытяжки с габаритами элементов детали: наименьший внутренний диаметр D3 = 4...20 мм, наибольший внутренний диаметр D2 = 6...30 мм. Материал детали легированная сталь 12Х18Н10Т.
Рассматривались интервалы параметров технологии изготовления: коэффициент трения ц = 0,05.0,15, радиус скругления внутренних кромок детали R\ = R2 = = 0,3 ... 1 мм, толщина стенки детали 5= 0,3.0,5 мм, сила прижима Qnf = 0.5 кН. Рассмотрены варианты получения детали в зависимости от очередности вытяжки: 1 при вытяжки от ступеней большего диаметра; 2 - при вытяжке от ступенеей меньшего диаметра; 3 - при синхронной вытяжке.
Используя комплекс DEFORM были выполнен ряд компьютерных опытов, в ходе которых установлены критические значения высоты изделия, исходя из величин деформаций для каждого из геометрических сочетаний.
Анализ результатов компьютерного моделирования позволил выявить рациональный режим деформирования. Им оказался режим, при котором осущетсвляется вытяжка от ступени большего диаметра к меньшему. На рис. 2 представлена диаграмма, позволяющая уточнить границы параметров рассматриваемой технологии при которых достигается максимальная высота изделия (коэффициент трения ц = 0,15, силе прижима Qnf = 5 кН, соотношении D3/D2 = 0,6, радиус закругления 1 мм; толщине 5= 0,5 мм.
А?
н
Рис. 1. Эскиз ступенчатой детали
12 10 8 6 4 2 0
4
9
14
Рис. 2. Диаграмма к оценке предельной высоты детали (Бз/В2 = 0,6; 8= 0,5 мм): 1 - вытяжка от ступеней большего диаметра;
2 — вытяжка от ступеней меньшего диаметра; 3 -синхронная вытяжка
Следуя результатам анализа рис. 2 можно сказать, что при изготовлении ступенчатых изделий из листовых заготовок благоприятной является схема, при которой вначале формируется выступ меньшего диаметра. Благодаря такой схеме обеспечивается изготовление изделий с большей высотой без разрушения стенки заготовки. Увеличение диаметра меньшей ступени приводит к эквивалентному росту допустимой высоты детали.
На рис. 3 представлены результаты определения критической высоты детали при вытяжке в ленте в зависимости от величины контактного трения и варианты формирования геометрии детали для разных значений диаметра меньшей ступени для детали из стали 12Х18Н10Т.
Выявлено, что снижение трения значительно повышает возможности исследуемого процесса. Так при уменьшении ц с 0,15 до 0,05 предельная высота заготовки без разрушения увеличивается на 18...25 %. Увеличение диаметра меньшей ступени с 5 до 20 мм приводит к росту допустимой высоту детали без разрушения в 2,5 раза.
На рис. 4 представлены результаты определения критической высоты детали из стали 12Х18Н10Т в зависимости от радиуса скругления ее внутренних углов для разных вариантов формирования геометрии детали для разных значений диаметра меньшей ступени.
Установлено, что увеличение радиуса скругления внутренних углов детали положительно сказывается на возможностях формообразования. С ростом величин скруг-ления с 0,6 до 1,2 предельная высота заготовки без разрушения увеличивается на 30.40 %. Увеличение диаметра меньшей ступени с 5 до 20 мм приводит к росту допустимой высоты детали без разрушения в 2,5 раза.
Таким образом установлены режимы деформирования при которых достигается максимально возможная эффективность вытяжки с точки зрения достижения максимальной высоты детали без разрушения. Необходимо обеспечить вытяжку с первона-
чальным формированием выступа меньшего диаметра и дальнейшей вытяжкой ступеней больших диаметров. Кроме того необходимо соблюдение интервалов трений ц = 0,05.0,1 и радиусов скругления внутренних углов детали г = 0,9...1,2.
Н,мм
4,5 4 3,5 3 2,5 2
0,05
ОД
а
Я .мм
II. мм
Ц
/-1
2 х
3 /
б
М
Рис. 3. К оценке критической высоты детали при вытяжке в ленте: 1 - вытяжка от ступеней большего диаметра; 2 — вытяжка от ступеней меньшего диаметра; 3 -синхронная вытяжка; а - Бз = 5
мм; б - Бз = 12 мм; в - Бз = 20 мм
тт Я,мм
п, ММ
4
3,5 3 2,5 2 1,5 1
1
---
х2
3
1
-—
2
З7
0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 Г,ММ
а
Я, мм
0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 Г, ММ
б
13 12 11 10 9 8 7 6
1х
\2
0,6 0,7 0,8 0,9
1Д Г. ММ
Рис. 4. К оценке критической высоты детали при вытяжке в ленте: 1 - вытяжка от ступеней большего диаметра; 2 — вытяжка от ступеней меньшего диаметра; 3 —синхронная вытяжка; а - Бз = 5 мм; б - Бз = 12 мм;
в - Бз = 20 мм
в
в
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант РФФИ № 19-48-710002 р_а, и гранта Правительства Тульской области ДС/191.
Список литературы
1. Малоотходная, ресурсосберегающая технология штамповки / Под ред. В.А. Андрейченко, Л.Г. Юдина, С.П. Яковлева. Кишинев: Universitas, 1993. 240с.
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. Нечепуренко Ю.Г., Яковлев С.П., Яковлев С.С. Глубокая вытяжка цилиндрических изделий из анизотропного материала. Тула: ТулГУ, 2000. 195 с.
5. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1977. 278 с.
6. Яковлев С.С., Трегубов В.И., Нечепуренко Ю.Г. Глубокая вытяжка анизотропного упрочняющегося материала // Заготовительные производства. 2005. № 4. С. 38 - 44.
7. Яковлев С.П., Яковлев С.С., Андрейченко В.А. Обработка давлением анизотропных материалов. - Кишинев: Квант. 1997. 331 с.
8. Ларин С.Н., Платонов В.И., Коротков В.А. Проектирование матрицы для вытяжки материалов, обладающих плоскостной анизотропией механических свойств // Цветные металлы. 2018. №7. С. 83-87.
Ларин Сергей Николаевич, д-р техн. наук, профессор, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доцент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Бессмертная Юлия Вячеславовна, канд. техн. наук, доцент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
TO THE EVALUATION OF THE LIMITING CAPABILITIES OF THE MULTI-OPERATION
DRAWING
S.N. Larin, A.A. Pasynkov, Yu.V. Bessmertnaya
Thin-walled cylindrical shells with a bottom part are obtained by drawing a sheet blank. In cases where these details represent a set of steps of different diameters, the hood is the only rational method for obtaining them. The use of tapes as initial blanks allows for a high level of productivity with wide automation possibilities. The drawing in the tape of a multi-stage part is considered. Using the DEFORM complex, a number of computer experiments were performed, during which the critical values of the height of the product were established, based on the magnitude of the deformations for each of the geometric combinations. The deformation modes are determined based on the maximum allowable heights of the parts obtained. Various technological options for obtaining the part are considered.
Key words: multi-operation drawing, deformations, geometry, deformation.
Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
305
Pasynkov Andrey Alexandrovich, candidate of military sciences, docent, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Bessmertnaya Yulia Vyacheslavovna, candidate of military sciences, docent, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.983
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-5-306-310
НАПРЯЖЕННОЕ И ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ
ДЕТАЛЕЙ СО СЛОЖНОЙ ФОРМОЙ
А.В. Алексеев
Работа посвящена изучению получения детали со сложной конфигурацией с помощью обработки металлов давлением. Проводится анализ изготовления комбинированным выдавливанием изотропной детали из стали, имеющей различные по форме и расположению выступы и внутреннюю полость со стенками. Проводится исследование влияния трения на процесс получения детали, при этом отличительной особенностью является различные сил трения на местах контакта заготовки с инструментами, пуансоном и матрицей. Анализируются интенсивности напряжений, средние напряжения, интенсивности деформаций и другие параметры процесса комбинированного холодного выдавливания. Приводятся схемы распределения показателей напряженного и деформированного состояния в получаемом полуфабрикате после операции обработки металла давлением. Численно оцениваются эти характеристики. Делаются выводы о влиянии силы трения на характер распределения и численные значения средних напряжений, интенсивности напряжений, интенсивности деформаций и на вероятность образования поверхностных дефектов, которые могут возникать при штамповке, в том числе и при холодной объемной штамповке в открытом штампе.
Ключевые слова: деформации, комбинированное выдавливание, напряжения, штамповка, средние напряжения.
Обработка металлов давлением включает в себя целый комплекс разнообразных технологических процессов [1-5], основными задачами которых является получение изделия из цветных или черных металлов методами пластического формоизменения при воздействии на материал давления, вызванного жестким инструментом или различными по природе средами, например, магнитным полем, газом, жидкостью, эластичной средой и т.п. Одним из процессов ОМД является комбинированное выдавливание, которое представляет собой одновременное течение материала в разных направлениях (прямом, обратном, боковом).
Такой технологией возможно изготовление большого ряда изделий, в том числе и деталей со сложной конфигурацией, имеющей выступы, полости, стенки и пр. В настоящей работе будет рассмотрено получение такого изделия с помощью одновременно обратного, прямого и бокового выдавливания в открытом штампе «на холодную». При этом важной частью процесса выдавливая является трение, которое может играть большую роль на получение изделия [6-10]. Поэтому в данной работе проводится исследование напряженного и деформированного состояния при выдавливании. Анализ проводится на основе компьютерного моделирования этого процесса в программе QForm.
