CC BY
6
4. Подтягин В.Э. Опасность разрушения заготовки и износ инструмента при горячем обратном выдавливании // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 6. С. 342-345.
5. Юрков И.В. Прямое выдавливание детали типа стакан // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 8. С. 6-9.
6. Юрков И.В. Влияние формы инструмента для выдавливания на его износ // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 8. С. 12-15.
Яковлев Сергей Сергеевич, аспирант, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS OF METHODS FOR OBTAINING SLEEVE TYPE PARTS
S.S. Yakovlev
The paper analyzes the methods of manufacturing a bushing type part. The optimal method for obtaining such a product is revealed. The results of a comprehensive analysis of the extrusion method, which ensure the production of a bushing type part, are presented.
Key words: die forging, technology, sleeve, stresses, operation, deformations, force.
Yakovlev Sergey Sergeevich, postgraduate, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.77.01; 621.7.011
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ С КОНИЧЕСКИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ ЗА ОДИН ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
ПЕРЕХОД
А.В. Шивцова, Р.С. Благочиннов
В статье приведены результаты моделирования технологического процесса изготовления деталей, имеющих конический участок, за один переход путем совмещения операций вытяжка, формовка и отбортовка на одной рабочей позиции. Показано распределение уровня интенсивности напряжений, деформаций и силовых режимов на различных этапах деформирования.
Ключевые слова: вытяжка, отбортовка, формовка, заготовка, напряжения, деформации, сила, технологический процесс.
Современному инженеру-технологу приходится решать задачи оптимизированного формоизменения, с целью сокращения количества переходов, уменьшения парка используемого технологического оборудования с одновременным повышением требований к качеству получаемой продукции. Без проведения предварительных оценочных расчетов с последующим практическим апробированием полученных результатов невозможно заранее предсказать успешность реализации разработанной технологии [1-4].
б
Рис. 1. Примеры готовых изделий: а - переходники; б - горловины топливных баков
В машиностроительной отрасли существует большая номенклатура деталей, имеющих плавный конический переход от одного цилиндрического участка к другому (рис. 1). Достижение наиболее эффективных показателей при производстве таких изделий возможно путем применения штамповочных операций с минимальным количеством технологических переходов.
Проведем моделирование технологической операции формообразования детали, имеющей конический переход от кольцевого участка с меньшим диаметром к кольцевому участку с большим диаметром. Моделирование производилось в программном комплексе QForm 3Э, базирующимся на методе конечных элементов, с использованием плоской круглой заготовки с отверстием, имеющей следующие геометрические размеры: наружный диаметр - Э = 121 мм; диаметр отверстия - ^ = 40 мм; толщина заготовки - 5 = 1,5 мм. Материал заготовки - Сталь 10. Деформирование осуществлялось на гидравлическом прессе номинальной силой 50 МН за один рабочий ход инструмента путем последовательного совмещения операций вытяжки, формовки и отбортовки (рис. 2).
На рис. 2 показано условное разбиение процесса деформирования на этапы формообразования, где сначала плоская заготовка вытягивается до соприкосновения с нижней радиусной кромкой матрицы. На втором этапе выступом пуансона отбортовы-вается больший цилиндрический элемент полуфабриката. На заключительной стадии осуществляется окончательное придание заготовке формы готового изделия путем формовки конического участка с одновременной отбортовкой меньшего конического элемента.
Проведенное моделирование позволило выявить распределение уровня интенсивности напряжений в заготовке (рис. 3) при деформировании цилиндрической заготовки с отверстием за один технологических переход.
Анализ полученной картины распределения интенсивности напряжений, приведенных на рис. 3, показал, что в конической части заготовки интенсивность напряжений минимальна, а максимальный уровень сосредоточен вдоль нижней кромки полуфабриката, что может привести к потере устойчивости материала и разрушению заготовки при превышении допустимых значений интенсивности нормальных напряжений.
Проведем оценку распределения величины накопленной деформации по образующей полуфабриката на различных этапах формообразования (рис. 4).
в г
Рис. 2. Этапы формообразования: а — исходное положение инструмента и заготовки; б — вытяжка плоской заготовки; в — отбортовка большего цилиндрического элемента; г — формовка конического участка с одновременной отбортовкой меньшего конического элемента
Шк. 623 Мин. зад
в
Рис. 3. Интенсивность напряжений в заготовке: а — на этапе вытяжки плоской заготовки; б — этап отбортовки большего цилиндрического элемента; в — формовка конического участка с одновременной отбортовкой меньшего
цилиндрического элемента 578
в
Рис. 4. Накопленная деформация в заготовке: а — на этапе вытяжки плоской заготовки; б — этап отбортовки большего цилиндрического элемента; в — формовка конического участка с одновременной отбортовкой меньшего
цилиндрического элемента
Анализ деформированного состояния заготовки показывает, что на этапе вытяжки плоской заготовки интенсивность деформаций равномерна вдоль образующей в конической части и увеличивается к нижней кромке изделия. На этапе отбортовки деформации возрастают в очагах формоизменения, прилегающих к радиусам закругления инструмента. На заключительной стадии уровень накопленной деформации возрастает в стенке малого отбортовываемого кольца. Разность величин накопленной деформаций в области верхнего и нижнего цилиндрического элемента составляет 35...40% и принципиально отличается схемой напряженно-деформированного состояния. В верхнем цилиндрическом элементе преобладают напряжения сжатия, а в нижнем кольце растягивающие напряжения.
Графическая зависимость силы формообразующей операции от относительной к * го перемещения инструмента п =-показана на рис. 5.
Пт
ах
Рис. 5. График силы формообразующей операции от относительного перемещения инструмента
Анализ графической зависимости показывает, что происходит плавное нарастание силы операции вначале хода ползуна пресса (этап вытяжки плоской заготовки и этап отбортовки большего цилиндрического элемента), затем происходит резкий скачек к концу хода инструмента. Данная схема постепенного нарастания технологической силы и достижения максимального значения к концу рабочего хода наиболее благоприятна при реализации процесса на механическом прессе, т.к. номинальную силу кривошипный пресс развивает при достижении ползуном крайнего нижнего положения.
Выводы. Выбранная технологическая схема формообразования изделий, имеющих два цилиндрических участка разного диаметра и коническим переход между ними, из круглой плоской заготовки с отверстием позволяет получить готовую деталь за один переход. Утонение стенки в области кольца большего диаметра и конического участка не происходит, что дает большую прочность и жесткость изделию. В стенке кольца меньшего диаметра происходит утонение, которое при превышении допустимого коэффициента отбортовки может привести к появлению разрывов и образования брака, поэтому необходима предварительная оценка возможности получения бездефектного изделия с учетом технических требований.
Работа выполнена в рамках гранта НШ-2601.2020.8.
Список литературы
1. Ковка и штамповка: Справочник: 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.
2. Прогрессивные технологические процессы холодной штамповки / Гречников Ф.В., Дмитриев A.M., Кухарь В. Д. и др.; под общ. ред. А.Г. Овчинникова. М.: Машино-строение,1985. 184 с.
3. Малоотходная, ресурсосберегающая технология штамповки / под ред. В. А. Андрейченко, Л.Г. Юдина, С.П. Яковлева. Кишинев: Universitas, 1993. 240 с.
4. Теория обработки металлов давлением: учебник для вузов / В.А. Голенков, С.П. Яковлев, С.А. Головин, С.С. Яковлев, В.Д. Кухарь / под ред. В.А. Голенкова, С.П. Яковлева. М.: Машиностроение, 2009. 442 с.
Шивцова Анна Вячеславовна, студент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Благочиннов Роман Сергеевич, студент, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
MODELING THE PROCESS OF FORMING PARTS WITH CONICAL ELEMENTS IN ONE TECHNOLOGICAL TRANSITION
A.V. Shivtsova, R.S. Blagochinnov
The article presents the results of modeling the technological process of manufacturing parts with a conical section in one transition by combining the operations of drawing, forming and flanging in one working position. The distribution of the intensity level of stresses, deformations, and force modes at various stages of deformation is shown.
Key words: drawing, flanging, forming, billet, stresses, deformations, force, technological process.
Shivtsova Anna Vyacheslavovna, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Blagochinnov Roman Sergeevich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
