Определение оптимальной геометрии поверхности заходной части матрицы для устранения фестонообразования при вытяжке тонкостенных стаканов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.777

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИИ ПОВЕРХНОСТИ ЗАХОДНОЙ ЧАСТИ МАТРИЦЫ ДЛЯ УСТРАНЕНИЯ ФЕСТОНООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ВЫТЯЖКЕ ТОНКОСТЕННЫХ СТАКАНОВ

Н.А. Самсонов, П.В. Крутиков

Рассматривается методика устранения фестонообразования с использованием специальной формы заходной части матрицы, позволяющей контролировать скорость течения материала в разных участках заготовки в ходе деформирования. Предложена специальная конструкция штамповой оснастки для проведения испытаний с целью выявления основных факторов влияющих на фестонообразование.

Ключевые слова: алюминиевый сплав АМг6, стакан, фестоны, регрессионный анализ.

Технологические операции вытяжки стаканов без утонения дна широко распространены в современной промышленности. Преимущества данного процесса формоизменения позволяют использовать его для получения изделий самого разного профиля: авиастроение, машиностроение, радиотехника, а так же изделия оборонно-промышленного комплекса. За счет широкого диапазона геометрических характеристик получаемых деталей можно добиться оптимизации технологических процессов в различных отраслях производства. Тонкостенные стаканы, с одинаковой толщиной по всему периметру детали в промышленных масштабах наиболее эффективно получать с помощью операции вытяжки. Одной из главных проблем такого технологического процесса, является образование фестонов в ходе деформирования заготовки (рис. 1).

•4

Рис. 1. Деталь с фестонами, образовавшимися в ходе вытяжки стакана

из круглой заготовки.

Известно что, образование фестонов возникает вследствие плоскостной анизотропии [1,2], т.е. по направлениям минимумов и максимумов коэффициентов анизотропии край заготовки перемещается с разными скоростями в радиальном направлении: в направлении минимального коэффициента анизотропии с большей скоростью

Ук =-Уо(Км /я)1+/в (1)

а в направлении максимального значения коэффициента анизотропии с меньшей скоростью

уф =-уо(км / к)1+/ф (2)

/в и /ф находятся по выражениям:

/в =-1/(1 + Кт1П) (3)

/ф =-1/(1 + Ктах) (4)

206

Результатом исследования стала спроектированная профильная форма заготовки (рис. 2), способствующая минимизации фестонообразования в процессе вытяжки осесимметричных стаканов.

У

Рис. 2. Форма контура заготовки, позволяющая минимизировать фестонообразование в процессе вытяжки.

Стоит отметить, что несмотря на устранение фестонообразования, подход с применением профильной заготовки в промышленных условиях имеет ряд недостатков: сложности при проектировании вырубного инструмента, а так же расчета раскроя ленты. Данные особенности существенно влияют на экономическую эффективность технологии как в крупносерийном, так и в мелкосерийном производстве.

Проанализировав различные варианты подходов, способствующих устранению явления фестонообразования при вытяжке стаканов, установлено, что одним из наиболее перспективных и малоизученных методов является изменение профиля контура за-ходной части матрицы. В ходе работы была установлена оптимальная конфигурация оснастки, способствующая устранению явления фестонообразования без изменения исходной формы заготовки, т.е. круглой формы (рис. 3).

Рис. 3. Оснастка с профильной заходной поверхностью

Особенностью работы является то, что первичные экспериментальные исследования проводились в программном комплексе QForm 3Б , где материал заготовки является изотропным, т.е. не имеет плоскостной анизотропии, вследствие чего при моделировании процесса вытяжки стаканов из круглой заготовки в матрицах с круглой за-

207

ходной частью не наблюдается образование фестонов. Задачей исследования было получение фестонов из изотропного материала без изменения формы заготовки. Предложенная профильная форма заходной поверхности матрицы позволила получить детали с фестонами разной высоты, следовательно, при проведении натурного эксперимента на месте вершин образовавшиеся впадины и фестоны будут сглаживаться при влиянии плоскостной анизотропии реального материала, если учесть ориентацию исходной заготовки относительно матрицы.

По результатам моделирования с помощью метода конечных элементов был проведен статистический анализ для определения факторов влияющих на высоту фестонов.

Для составления модели круглой заготовки использовались данные, представленные в таблице.

Данные к статистическому анализу

Коэффициент вытяжки m, мм Изменение радиуса закругления AR, мм Величина зазора, Rзазора, мм Высота фестонов, мм

X3 X! Х2

0,59 1 1 0,53

0,51 1 1 1,04

0,44 1 1 1,68

0,59 2 1 0,85

0,51 2 1 1,35

0,44 2 1 1,92

0,59 3 1 1,27

0,51 3 1 1,77

0,44 3 1 2,1

0,59 1 1,5 0,38

0,51 1 2 0,45

0,44 2 1,5 1,5

0,59 2 2 0,63

0,51 3 1,5 1,53

0,44 3 2 1,68

Полученные данные позволяют проектировать инструмент для вытяжки деталей типа стакан из материалов с различными коэффициентами плоскостной анизотропии.

Описанный подход имеет серьезные перспективы при внедрении в производство за счет большей экономической эффективности, чем использование профильной заготовки. В дальнейшем планируется проведение натурного эксперимента для подтверждения результатов компьютерного моделирования и статистических расчетов на их основе.

Список литературы

1. Ковка и штамповка: справочник. Листовая штамповка / Под общ. Ред. С.С. Яковлева; ред. совет: Е.И. Семёнов (пред.) и др. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2010. Т.4. 732 с.

2. Обработка давлением анизотропных материалов: учеб. пособие / С. П. Яковлев, С.С. Яковлев, В.А. Андрейченко; Тул. Гос. ун-т, Тула, 1997. 330 с.

208

3. Baum C. An Introduction to Modern Econometrics Using Stata, Stata Press, 2006.

206 с.

4. САПР SolidWorks. [Электронный ресурс] URL: www.solidworks.ru (дата обращения: 10.09.2018).

5. Bhattacharyya D., Moltchaniwskyi G. Measurements of Anisotropy by the Ring Compression Test // J. Mech. Work. Technol, 1986. 13. №3.

Самсонов Никита Алексеевич, аспирант, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Крутиков Петр Валерьевич, студент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет

DETERMINATION OF THE OPTIMAL GEOMETRY OF THE SURFACE

OF THE ENTRANCE PART OF THE MA TRIX TO ELIMINA TE THEFESTONE-FORMATIONDURING THIN WALLS OF THIN WALLS

N.A. Samsonov, P. V. Krutikov

In the work of the department of the method of solving festoon formation using a special form of the lead-in part of the matrix, which allows you to control the transfer of data in different parts of the workpiece during the deformation. A special design of die tooling is proposed for testing in order to accommodate the main influential factors on the scallop formation.

Key words: AMg6 aluminum alloy, glass, festoons, regression analysis.

Samsonov Nikita Alekseevich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula state University,

Krutikov Pyotr Valeryevich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula state University

УДК 621.983.3; 621.798.144; 669.71

АНАЛИЗ РАЗВИТИЯ ДЕФОРМАЦИОННОЙ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ В ПРОЦЕССАХ ХОЛОДНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ

Г.М. Журавлев, А. А. Калинин, А.Е. Гвоздев

Рассмотрен вариант расчета деформационной повреждаемости в процессах пластического холодного формоизменения, с использованием адаптированного программного комплекса DEFORM-3DTM ¥6.1.

Ключевые слова: Компьютерное моделирование, пластическая деформация, цилиндрическая деталь, напряженно-деформированное состояние, деформационная повреждаемость.

Современное машиностроение предъявляет высокие требования к технологическим процессам обработки металлов давлением (ОМД). Технология ОМД должна обеспечивать производство качественных изделий с высокими эксплуатационными

209