CC BY
22
Romanov Pavel Vitalyevich, student, mpf-tulaaramhler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Shivtsova Anna Vyacheslavovna, student, mpf-tulaa ramhler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.984
МОДЕЛИРОВАНИЕ ОПЕРАЦИИ ВЫТЯЖКИ ДЕТАЛЕЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ
А.В. Шивцова
Представлены отдельные результаты моделирования процесса вытяжки детали цилиндрической формы, выполненной из стали 30ХГСА. Приведена оценка силовых параметров процесса, даны рекомендации по разработке технологии изготовления цилиндрических деталей операцией вытяжки.
Ключевые слова: вытяжка, сила, упрочнение, заготовка, сталь, инструмент.
Процессом вытяжки осуществляют получение полых пространственных деталей из плоских листовых заготовок. Различают первый переход вытяжки, превращающий плоскую заготовку в пространственную деталь или полуфабрикат, и последующие переходы, в которых происходит дальнейшее формоизменение полого полуфабриката. При вытяжке возможное формоизменение заготовки, как правило, ограничивается ее разрушением в том месте, где действуют наибольшие по величине растягивающие напряжения Ор max. Как правило, разрушение происходит на этапе
совмещения радиуса скругления пуансона с матрицей [1].
Рассмотрим первую операцию вытяжки детали цилиндрической формы из круглой плоской заготовки. Для теоретического исследования операции вытяжки оптимально использование конечно-элементного метода. В связи с этим для моделирования операции был выбран программный комплекс QFORM v7. Предполагалось, что деформирование осуществляется на кривошипном прессе. Под эти условия была выбрана специальная модель поведения материала заготовки. Его кривая упрочнения представлена на рис. 2. Условием окончания расчета является достижение необходимой формы изделия или полуфабриката.
В качестве материала заготовки принималась легированная конструкционная сталь 30ХГСА ГОСТ 4543-71 [3] с химическим составом, показанным на рис. 1., и механическими свойствами, приведенными в табл.1.
Изначально сталь 30ХГСА была широко востребована в авиационной промышленности, но благодаря отличным характеристикам быстро перешла в разряд популярных материалов в машиностроении. Наличие хрома придает стали 30ХГСА прочность и делает ее сопротивляемой
486
к коррозии. Марганец дает эффект увеличения материала к сопротивлению к ударным нагрузкам, дополнительно усиливая прочность, а также способствует повышению износостойкости сплава. Добавление кремния способствует увеличению показателей ударной вязкости.
Химический состав в % стали 30ХГСА
С
81
Мп
N1
Р
Сг
Си Ре
0,28 - 0,34
0,9 - 1,2
0,8 - 1,1
до 0,3
до 0,025
до 0,025
0,8 - 1,1
до 0,3 ~96
8
Рис. 1. Химический состав стали 30ХГСА Механические свойства стали 30ХГСА
ГОСТ Сечение, мм 00,2, МПа Ов, МПа 55, % % кДж/м2
ГОСТ 4543-71 25 830 1080 10 45 49
Легированная сталь 30ХГСА относится к разряду улучшаемых, то есть подвергается процедуре закалки при температуре от 550 до 660 °С. Это позволяет создавать не только высокопрочные авиационные, но и необходимые в машиностроении детали. Например, оси, валы, фланцы, лопатки компрессорных машин, различные сварные конструкции, крепежные детали, рычаги и многое другое. При высокой прочности (после закалки предел прочности может составлять до 2800 МПа), износостойкости и превосходных показателях ударной вязкости сталь 30ХГСА имеет достаточно небольшую стоимость, что объясняется использование недефицитных легирующих элементов. Прочность стали 30ХГСА после закалки обусловлена выделением углерода из аустенита при деформации, благодаря чему облегчается подвижность дислокаций в кристаллах мартенсита. В результате сталь 30ХГСА становится более пластичной [1].
Кривая упрочнения стали 30ХГСА представлена на рис. 2.
Материалом инструмента выбрана высококачественная износостойкая инструментальная штамповая сталь 4Х4М2ВФС с параметрами, приведенными на рис. 3.
В качестве базовой смазки применялась смесь графита с водой со свойствами, представленными на рис. 4.
ств, МПа
юоо
900
аоо
700
500
500
400
300
Рис. 2. Кривая упрочнения
[V]Модуль Юнга
[ Табличная функция ▼ ] Редактировать |У1 Коэфф. Пуассона
| Постоянная величина ▼ 110.3 [V] Предел текучести
[ Постоянная величина ж 111668 | МПа Пар.упрочнения
[ Постоянная величина ▼ ] 10.028 ~ т Плотность
[ Табличная функция ^ | Редактировать [У] Тепл оп роводность
Постоянная величина ▼ 25 Вт/мК
0т,
еплоем кость
ПССТСЯНН^Я Е6.ПИЧИНЙ
ДжЛгК
I I Ксэф. теплового расширения
31П1/ Ма1ема| N0.: Ю7СгМоИ5-1; 12606 305Т / Ш ДИ -22; 4Х4М2ВФС ИЕ1/5АЕ Н12 35: ЕН12
С 0.3-0.4 5| 118 12 Мп 0.2-0.5 Р < 0.03 5 < 0.03 Сг 4.75-5.5 Мо 1.25-1.75 V < 0.5 Ш 1-1.7 Ре Ьа|.
Комментарий
Рис. 3. Параметры материала инструмента
Закон трения
■ЛеваноБ К
Фактор трения
Постоянная величина *
0.2
Коэффициент Левановй
125
Коэффициент теплопередачи Вт/м'К
40000
Коэффициент паузы
0.05
Рис. 4. Свойства смазки
488
На рис. 5 показана схема расположения заготовки и инструмента в исходной позиции. В качестве заготовки использовался кружок, вырезанный из листового материала. При исследовании варьировалась толщина листовой заготовки от 1 до 5 мм, коэффициент вытяжки от 0,45 до 0,65, коэффициент трения за счет изменения вида смазки от 0,1 до 0,5. Угол конусности матрицы выбирался от 15 до 30 градусов, угол наклона пуансона от 2 до 5 градусов. Радиусы на матрицы изменялись от 3 до 10 мм, радиус скругления пуансона от 2 до 1 мм.
Рис. 5. Схема процесса: 1 - матрица; 2 - пуансон; 3 - заготовка;
4 - прижим
На рис. 6 представлена полученная зависимость «Сила - путь». По оси абсцисс расположена относительная величина хода пуансона, равная отношению величины рабочего хода пуансона к высоте получаемой детали
^ = ^раб ! ^дет ■
Из анализа представленной выше зависимости видно, что силы максимальны в момент пересечения центров радиуса пуансона и матрицы.
В процессе моделирования менялись величины коэффициента вытяжки, толщина заготовки, коэффициент трения, радиусы и углы инструмента. В дальнейшем по результатам анализа полученных результатов было установлено влияние данных параметров на величину силы вытяжки.
На рис. 7 представлены графические зависимости силы вытяжки от коэффициента трения для разных значений коэффициента вытяжки.
Анализируя показанные графические зависимости можно сделать выводы о том, что с ростом коэффициента трения и коэффициента вытяжки сила операции растет.
Рис. 6. Зависимость «Сила - путь»
Р кП
100
30
1 1 т , =0.45
т <1=°=
- 11
0,1 0.15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45
Рис. 7. Зависимость силы вытяжки от коэффициента трения:
?м1 = 3 мм; ЯМ2 = 10 мм; ам
Ям1 = 3 мм; Ям2 = 10 мм; ам = 20°; Яп = 2 мм; ап = 2,5°
На рис. 8 представлены графические зависимости силы вытяжки от угла наклона матрицы для разных значений толщины заготовки.
Р, кН
160 140 120 100 30 50 40 20 О
15
"5=3 мм'
5 1ЛШ
20
25
ам
Рис. 8. Зависимость силы от угла наклона матрицы:
Ям1 = 3 мм; Ям2 = 10 мм; т^ = 0,55; Яп = 2 мм; ап = 2,5°
490
Из графических зависимостей можно сделать выводы о том, что с ростом угла наклона матрицы и уменьшением толщины заготовки силы снижаются.
На рис. 9 представлены графические зависимости силы вытяжки от радиусов матрицы.
Р} кН
102 100
as as
94
92 90
3 + 5 6 7 3 9 ^/Ц 5
Рис. 9. Зависимость силы от радиуса матрицы:
a м = 20° ; md = 0,55; % = 2 мм; a п = 2,5°
Выводы
1. Показанные графические зависимости наглядно иллюстрируют влияние различных технологических параметров на потребную силу на ползуне пресса.
2. Наибольшее влияние на изменение максимальной силы (в конечный момент) оказывает изменение нижнего радиуса матрицы. Изменение верхнего радиуса матрицы влияет на силу не так сильно как нижнего, однако его изменение наиболее заметно при начале формирования вертикальной стенки.
Список литературы
1. Справочник технолога-машиностроителя / под ред. А.Г. Косило-вой и Р.К. Мещерикова. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1986. Т. 1. 656 с.
2. 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.
3. ГОСТ 4543-71. Прокат из легированной конструкционной стали.
Шивцова Анна Вячеславовна, студентка, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
MODELING OF THE OPERATION OF THEHOOD PARTS CYLINDRICAL SHAPE
A. V. Shivtsova 491
The article presents some results of modeling the process of drawing cylindrical parts made of steel 30HGSA. The estimation of power parameters of process is resulted, recommendations on development of technology of manufacturing of cylindrical details by operation of an extract are given.
Key words: drawing, strength, hardening, workpiece, steel, tool.
Shivtsova Anna Vyacheslavovna, student, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.7; 005.6
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ДЕТАЛЕЙ, ПОЛУЧАЕМЫХ КРОМКОГИБОЧНЫМИ РАБОТАМИ
В.В. Игнатов, О.М. Никулушкина, Е.Н. Щербаков
Рассматриваются классификация, конструкция, принцип работы кромко-гибочных станков. Приведены способы повышения качества кромки на получаемых деталях.
Ключевые слова: станок, гибка, кромкогибочный станок, качество, деталь,
борт.
Бывают случаи, когда необходимо производство заготовок, у которых борт нужно сгибать под разными углами или борт должен быть сложной формы. Именно для таких работ предназначен кромкогибочный станок
[1 - 4].
К деталям, полученным гибкой кромки, предъявляются определенные требования по качеству, повышение которых является актуальной задачей для машиностроения. Для определения факторов, влияющих на качество деталей следует подробнее рассмотреть виды станков, их особенности.
Выделяют следующие виды кромкогибочных станков.
1. Стационарные. На них лучше всего создавать кромку.
2. В небольших частных мастерских или в условиях выездной работы чаще всего работают на ручных кромкогибочных станках. С ними удобно работать при монтаже вентиляции, а также на объектах установки водосточных систем. Когда проходят работы по установке кровли из металла также не обойтись без данного типа оборудования.
3. Ротационный кромкогибочный станок.
Кромкогибочные станки отличаются по виду рабочего оборудования. Они могут быть: ротационные, прессовые. В отдельную группу ставят поворотные механизмы.
Листогибочные станки отличаются друг от друга приводом. Выделяют следующие типы:
