CC BY
1
Технологии и машины обработки давлением
УДК 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-12-601-602
НОВЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОДОЛЬНЫХ РЕБЕР НА ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКЕ
С.С. Яковлев
Обработка металлов давлением представлена в виде широкого набора технологических операций, с помощью которых возможно получение деталей со сложной геометрической формой. Такие изделия могут быть выполнены с при помощи разных технологий, однако был разработан новый метод, который отличается от существующих высокой производительностью, универсальностью и более расширенными технологическими возможностями, что позволяет в конечном итоге использовать в качестве заготовок не только плоские листовые заготовки, но и заготовки типа стакан. Отличительной особенностью является то, что внешний диаметр пуансона не совпадает с внутренним диаметром заготовки, что позволяет проводить комбинированную вытяжку. В работе описывается новая технология, включая ее технологические особенности, преимущества перед существующими технологиями. Помимо этого, приводится схема процесса и результаты компьютерного моделирования. А также по результатам исследования делаются выводы о возможностях нового способа пластического формирования оребрен-ной поверхности и целесообразности использования этого метода.
Ключевые слова: ребра жесткости, технология, пластическое формоизменение, оребрение, оболочки с продольными ребрами, новый способ.
Существует множество методов для получения металлических деталей и придания необходимой конечной формы. Выделяют такие методы как сварка, литье, ковочно-штамповочная обработка и пр. [1-3]. Штамповка является одним из самых эффективных методов обработки металла, используемых в промышленности. С ее помощью возможно создавать множество изделий, включая детали автомобилей, бытовой техники, летательных и космических аппаратов, строительные материалы и другие изделия. Особенностью штамповки является возможность получения как относительно простых деталей и полуфабрикатов, так и изделий со сложным профилем поперечного сечения, например, изделий с рифлями [4-6] или ребрами [7-8] на наружной или внутренней поверхности цилиндрической оболочки. Такие изделия получить можно как резанием, так и литьем, так и сваркой, однако все эти методы занимают много времени и в большинстве случаев требуется использование более производительных методов, которые связаны с пластическим формоизменением.
Одним из новых методов получения деталей с внешними ребрами является метод комбинированной вытяжки [9]. Данный метод позволяет создать ребра на наружной поверхности цилиндрической оболочки при помощи операции вытяжки, которая заключается в том, что одновременно происходит уменьшение внешнего диаметра заготовки и ее толщины стенки. Схема процесса представлена на рисунке.
Операция заключается в том, что заготовку 1 помещают на фасонную матрицу 3 со специальной заходной частью, в которой можно зафиксировать заготовку типа «стакан» и далее проталкивают с помощью пуансона 2. Это позволяет проводить операцию оребрения не только на плоских листовых заготовках или заготовках типа стакан того же диаметра, что и матрица. Новый способ позволяет провести оребрение и на оболочках большего внешнего диаметра, чем требуемая деталь. В итоге происходит не только уменьшение внешнего диаметра, но и утонение стенки, причем возможно локальное утонение, а возможно переменное утонение. В первом случае в зоне впадин матрицы не происходит утонение, а во втором случае выполняется утонение по всему периметру, однако в местах впадин матрицы утонение меньше, чем в зоне выступов.
Известия ТулГУ. Технические науки. 2023. Вып. 12
Для проверки технологии было проведено компьютерное моделирование в программе QFORM [10] на нескольких материалах, таких как сталь 10 и алюминиевый сплав АД0. В данном случае установлено, что с помощью такой технологии возможно получение требуемых деталей с ребрами.
В итоге, установлено, что новая разработанная технология позволяет получить оребренные детали на цилиндрических изделиях и компьютерные моделирования это подтверждают. Для стальной (сталь 10) заготовки внешним диаметром 40 мм и толщиной стенки 3 мм усилие штамповки составило не более 50 кН. Что позволяет сделать вывод о том, что новая технология пластического формоизменения допускает и позволяет выполнить на внешней поверхности цилиндрической оболочки ребра заданной геометрии и заданных размеров за одну операцию.
Список литературы
1. Никифоров А.Д. Современные проблемы науки в области технологии машиностроения. / А.Д. Никифоров. М.: Высшая школа, 2006. 392 с.
2. Филонов И.П. Инновации в технологии машиностроения: Учебное пособие / И.П. Филонов, И.Л. Бар-шай. Минск: Вышэйшая школа, 2009. 110 с.
3. Ковка и штамповка: Справочник. В 4-х т. / Ред. совет: Е.И. Семенов (пред.) и др. М.: Машиностроение, 1987. Т. 3. Холодная объемная штамповка / Под ред. Г.А. Навроцкого, 1987. 384 с.
4. Митин О.Н. Формирование винтовых рифтов на внутренней поверхности цилиндрического стакана // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2013. Вып. 3. С. 548552.
5. Митин О.Н., Иванов Ю.А. Теоретические и экспериментальные исследования силовых режимов операций редуцирования профильным пуансоном трубных заготовок через коническую матрицу // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып. 6. С. 327-337.
6. Яковлев С. С., Кухарь В. Д. Анализ силовых режимов при получении рифлей внутри цилиндрической оболочки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 7. С. 32-35.
7. Патент № 2800352 Российская Федерация, B21C 37/20 (2006.01). Способ получения оболочек с продольными рифлями на наружной поверхности: № 2022129737: заявл. 16.11.2022 : опубл. 20.07.2023, Бюл. № 20 / Яковлев С.С., Коротков В.А., Ларин С.Н., Гребенщиков И.В., Гасанов А.И.
8. Кухарь В.Д., Яковлев С.С. Оценка напряженно-деформированного состояния при получении оболочек с наружными ребрами // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. Вып. 2. С. 602-604.
9. Патент № 2801517 Российская Федерация, B21C 37/20 (2006.01). Способ получения оболочек с ребрами на наружной поверхности : № 2022129738: заявл. 16.11.2022 : опубл. 09.08.2023, Бюл. № 22 / Яковлев С.С., Коротков В.А., Кухарь В.Д., Шишкина А.А., Каркач Л.В.
10. Implementation of a dual mesh method for longitudinal rolling in QForm V8 / D. Gerasimov, S. Stebunov, N. Biba, M. Kadach // Materials Science Forum. 2016. Vol. 854. P. 158-162. EDN: WQAPYH.
Яковлев Сергей Сергеевич, аспирант, [email protected]. Россия, Тула, Тульский государственный университет.
Научный руководитель: Кухарь Владимир Денисович, докт. техн. наук., проф., Россия, Тула, Тульский государственный университет.
A NEW METHOD FOR OBTAINING LONGITUDINAL RIBS ON A CYLINDRICAL SHELL
S.S. Yakovlev
Metal forming is presented in the form of a wide range of technological operations, with the help of which it is possible to obtain parts with complex geometric shapes. Such products can be made using different technologies, however, a new method has been developed, which differs from existing ones in high productivity, versatility and more advanced technological capabilities, which ultimately makes it possible to use not only flat sheet blanks as blanks, but also blanks like cup. A distinctive feature is that the outer diameter of the punch does not coincide with the inner diameter of the workpiece, which allows for combined drawing. The paper describes the new technology, including its technological features and advantages over existing technologies. In addition, a process diagram and computer simulation results are provided. And also, based on the results of the study, conclusions are drawn about the possibilities of a new method of plastic formation of a ribbed surface and the feasibility of using this method.
Key words: stiffeners, technology, plastic deformation, fins, shells with longitudinal ribs, new method.
Yakovlev Sergey Sergeevich, graduate student, [email protected]. Russia, Tula, Tula State University.
Science advisor: Kukhar Vladimir Denisovich, doctor of technical sciences, prof., Tula, Tula State University.
