CC BY
31
УДК 620.179
Э. Р. Галимов, В. Г. Шибаков, А. И. Виноградов, Р. В. Шибаков, И. А. Абдуллин
МЕТОД ОЦЕНКИ ШТАМПУЕМОСТИ ЛИСТОВОГО МЕТАЛЛА
ПО СОПРОТИВЛЕНИЮ ДЕФОРМАЦИИ В ПРОЦЕССЕ ПРОБИВКИ-ВЫРУБКИ
Ключевые слова: разделительные и формообразующие операции, контроль, штампуемость металла, гидравлический пресс, брак.
Рассмотрен метод, позволяющий в масштабе реального времени производить оценку параметров штампуемости металла путем их измерения непосредственно на штамповочной позиции гидравлического пресса, а также управлять технологическим оборудованием в зависимости от их соответствия эталонным значениям.
Keywords: dividing and shaping operations, control, metal stamping, hydraulic press, defect.
Consider a method enabling real-time to assess the parameters of stamping metal by measuring them directly on the stamping position of a hydraulic press, and manage the process equipment based on their compliance with the reference values.
Введение
При массовом производстве из толстолистовой заготовки крупногабаритных деталей (лонжероны рамы большегрузных автомобилей) из стопы заготовок на участке входного контроля механические свойства металла определяют при испытаниях на растяжение ГОСТ 1497-84 образцов, взятых от одной-двух заготовок. После чего вся стопа поступает на автоматическую линию и подвергается штамповке.
Операция контроля штампуемости, таким образом, оказывается вынесенной за пределы технологического цикла изготовления деталей листовой штамповкой, что повышает трудоемкость изготовления деталей и снижает
производительность труда, кроме того вследствие выборочного контроля велика вероятность попадания на штамповочные позиции металла, не обладающего необходимой штампуемостью, т.е. с завышенной, против допустимого, прочностью и заниженной пластичностью. При завышенной прочности происходит перегрузка
инструментальной оснастки и возможна её поломка (особенно пробивные пуансоны). При недостаточной пластичности металла его деформирование при формообразовании приводит к браку по разрушению, а соответственно к потерям металла.
Если формообразующей операции предшествуют разделительные, включающие пробивку отверстия, то контроль параметров штампуемости метала целесообразно совместить с этой операцией. Параметрами штампуемости в данном случае могут являться сопротивление срезу тс, характеризующее прочностные свойства металла и Ип - глубина зоны пластического сдвига в пробиваемом отверстии, характеризующая пластичность металла [1-2].
Экспериментальная часть
Для их определения при пробивке отверстия следует измерять усилие на пробивном пуансоне и
его перемещение [3]. С этой целью один из пробивных пуансонов 1 (рис. 1) изготавливают большей длины чем другие. Датчик для измерения параметров штампуемости 2 содержит силоизмеритель (месдозу) и ходограф. Сигналы с датчика 2 через усилитель 3 поступают в блок сравнения 4, где происходит сопоставление поступающих с датчика сигналов с эталонными.
?77777777777777777777777777Z
Рис. 1 - Блок-схема устройства для реализации метода: 1 - пробивной пуансон максимальной длины; 2 - датчик для измерения параметров штампуемости (силоизмеритель - месдоза, ходограф); 3 - усилитель; 4 - блок сравнения измеренных параметров с эталонными; 5 -ползун; 6 - стол пресса; 7 и 8 - верхний и нижний штампы
По измеренной силе пробивки Ртах (рис. 3) определяют сопротивление срезу тс. [4] Значения тси Ип сопоставляют с предельно допустимыми значениями [тс] и [Ип], которые установлены в процессе эксплуатации технологического процесса листовой штамповки конкретной детали.
Ртах^с ^ [Тс ],
^ >К ]
где Ртах - максимальная технологическая сила при пробивке отверстия в заготовке; - площадь поверхности среза в заготовке при пробивке отверстия; [тс] - допустимая величина
сопротивления срезу для материала заготовки, при которой не происходит перегрузка инструмента; Ип -величина перемещения пробивного пуансона от момента его внедрения в заготовку до начала уменьшения величины технологического усилия с его максимального значения; [Ип] - допустимая глубина зоны пластического сдвига в заготовке, соответствующая достаточной пластичности обрабатываемого материала.
Эти значения ограничивают область допустимой штампуемости металла, причем [тс] соответствует предельно допустимой прочности штампуемого металла [5] меньше которой инструментальная оснастка не подвергается перегрузкам и имеет экономически целесообразную стойкость, а [Ип] соответствует предельно допустимой пластичности металла меньше которой вероятность появления брака по разрушению металла при формообразовании становится больше принятой нормы [6].
На рис. 2 представлен алгоритм реализации предлагаемого метода. Дополнительно этот алгоритм имеет выход на систему уравнителя ползуна пресса для передачи в режиме реального времени измеренных параметров штампуемости каждой заготовки.
Рис. 2 - Алгоритм реализации метода оценки штампуемости листового металла
Если при внедрении пуансона в металл заготовки при пробивке отверстия окажется:
1.тс <[тс]; ь>к]
то последующая формообразующая операция будет выполняться при гарантированном бездефектном изготовлении детали и приемлемой стойкости инструмента.
В противном случае, когда:
2. Тс >[тс]; Ь>К];
3. Тс <[тс]; ь<К];
4. Тс >[Тс]; ь <[Ьп],
заготовка формообразующей операции не подвергается, а удаляется со штамповочной линии на термообработку, т.к. в случае 2 возможна перегрузка инструмента и его преждевременный выход из строя, в случае 3 - появление брака по разрушению заготовки, а в случае 4 и то и другое.
Схематично рассмотренные варианты представлены на рис. 3.
Таким образом, одновременное выполнение технологической операции пробивки отверстия с измерением параметров штампуемости металла для
Рис. 3 - Оценка параметров штампуемости листовой заготовкой: 1 - допустимый вариант штампуемости металла; 2, 3, 4 - недопустимые варианты штампуемости металла
каждой заготовки позволяет повысить производительность труда, стойкость инструмента, т.к. в неблагоприятном тс> [тс] случае при штамповке на гидропрессах нагрузке подвергается только один пробивной пуансон, который выполняется более длинным, чем другие, и в случае его перегрузки до момента внедрения других пуансонов рабочий ход гидропресса прекращается, и происходит реверс хода пресса.
Кроме того, экономится металл вследствие того, что каждая заготовка с недостаточной пластичностью, которая могла бы разрушиться при формообразующей операции, снимается со штамповочной линии и подвергается повышающей пластичность термообработке.
Быстродействие современной
вычислительной техники позволяет в масштабе реального времени производить измерение и обработку сигналов с датчиков силы и перемещения и вырабатывать команды для системы управления прессом. Испытания предложенного метода и алгоритма управления прессом показало его пригодность и эффективность.
Литература
1. М.Е. Зубцов, Листовая штамповка, Машиностроение, Ленинград, 1967, С. 58.
2. Э.Р. Галимов, М.М. Ганиев, Р.В. Шибаков, И.А. Абдуллин, Вестник Казан. технол. ун-та, 17, 14, 435438 (2014).
3. А.Г. Лисин, Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением, 6, 19-21 (1970).
4. И.Я. Мовшович, Н.А. Ткачук, Н.А. Демина, Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением, 9, 25-30 (2012).
5. О.А. Ищенко, Н.А. Демина, А.В. Грабовский, Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением, 9, 40-44 (2012).
6. В.П. Линц, Е.И. Софронов, В.П. Щеголева, Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением, 8, 30-32 (1973).
© Э. Р. Галимов - д.т.н., проф., зав. каф. «Материаловедение, сварка и производственная безопасность» КНИТУ им. А.Н. Туполева, kstu-material@mail.ru; В. Г. Шибаков - д.т.н., проф., зав. «Машиностроение» Набережночелнинского института (филиала) Казанского (Приволжского) федерального университета, auto.chelny@kpfu.ru; А. И. Виноградов -аспирант той же кафедры, vinogradov.ri@mail.ru; Р. В. Шибаков - ст. преп. той же кафедры, roster777@mail.ru; И. А. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. ТИПКМ КНИТУ, ilnur@kstu.ru.
© E. R. Galimov - Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department «Materials Science, Welding and Safety» Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev, kstu-material@mail.ru; V. G. Shibakov - Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department «Mechanical Engineering», Kazan (Volga Region) Federal University Branch in Naberezhnye Chelny, auto.chelny@kpfu.ru; A. I. Vinogradov - Postgraduate student of Department of Mechanical Engineering, Kazan (Volga Region) Federal University Branch in Naberezhnye Chelny, vinogradov.ri@mail.ru; R. V. Shibakov - Senior teacher, Department of Mechanical Engineering, Kazan (Volga Region) Federal University Branch in Naberezhnye Chelny, roster777@mail.ru; I. A. Abdullin - Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Department of «Chemistry and Technology of Heterogeneous Systems» Kazan National Research Technological University, ilnur@cnit.ksu.ras.ru.
