CC BY
6
УДК 621.983
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ МНОГООПЕРАЦИОННОЙ ВЫТЯЖКЕ С ЛОКАЛЬНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ
Предложена методика определения силовых параметров при многооперационной вытяжке с утонением через матрицы, имеющие клиновые выступы по периметру рабочего пояска, позволяющие получить интенсивную пластическую деформацию со значительными сдвиговыми деформациями и мелкозернистую структуру готовой детали. Определялись силовые параметры по уточнённой методике расчётным путём и компьютерным моделированием с использованием программного комплекса QForm.
Ключевые слова: вытяжка с утонением, интенсификация пластических деформаций, ИПД при вытяжке, цилиндрические оболочки, очаг деформации, мелкозернистая структура, корончатость, сдвиговые деформации, сила вытяжки, математическое моделирование, клиновые выступы, поправочный коэффициент.
В машиностроении для получения тонкостенных цилиндрических оболочек с толстым дном широкое применение находит многооперационная вытяжка с утонением. Для повышения качества таких оболочек возможно применение многооперационной вытяжки с локальным пластическим деформированием. При расчете силовых параметров вытяжки с локальным пластическим деформированием (ЛПД) на первой операции предлагается методика, приведённая в [1, 2]. На основе этой методики рассмотрим силовые параметры вытяжки с ЛПД на второй и последующих операциях.
На рис. 1 показано поперечное сечение полуфабриката, полученного после первой операции, наружная поверхность которого имеет клиновидные выступы.
С.С. Яковлев, О.М. Герасимова
Рис. 1. Схема поперечного сечения полуфабриката
21
На рис. 2 приведено положение полуфабриката перед второй операцией вытяжки в такой же матрице, что и на первой операции. Полуфабрикат в матрице ориентирован своими клиновыми выступами по клиновым выступам рабочего пояска матрицы и контактирует с рабочими выступами по участкам трапецеидальной формы площадью .
Рис. 2. К оценке положения полуфабриката перед второй операцией вытяжки
В результате этого, после вытяжки поперечное сечение полуфабриката будет иметь вид, показанный на рис. 3. Наружная поверхность полуфабриката будет иметь удвоенное количество клиновых выступов.
Рис. 3. К оценке положения полуфабриката после вытяжки
В процессе вытяжки с локальным утонением стенки и образованием на наружной поверхности полуфабриката клиновых выступов возникают дополнительные сдвиговые деформации, что приводит к изменению схемы деформированного состояния с плоского на объёмное. Это обстоятельство оказывает влияние на расчёт силовых параметров процесса.
22
Для определения силовых параметров на первой операции при формоизменении стенки заготовки необходимо знать площади поперечных сечений полуфабриката после первой ^и второй Р2вытяжки [2].
Площадь поперечного сечения ^ полуфабриката после первой операции определяется по зависимости
ТС
Рг = п(Р2 - - РЫ \sin-
я - п - я 1 -
N N
N
- е2)
+
(1)
где N - число выступов матрицы,
Р± = к^а^.
Для определения силы на второй операции вытяжки в момент формоизменения стенки полуфабриката определяют площади поперечного сечения полуфабриката после второй вытяжки Р2 ■ В этом случае необходимо из площади полуфабриката первой вытяжки ^ вычесть площади локальных участков Рт (рис. 2) контакта выступов второй матрицы с выступами наружной поверхности полуфабриката первой вытяжки
- Рг ~ Рт>
где
^ - (Я - О
„ БШ—ХБШ-2 -2-2_ДГ_
(2)
Сила на второй операции вытяжки при формоизменении стенки полуфабриката
Р2 = к2Р2а2с2, (3)
где а2 - удельная работа деформации; с2 - составляющая, учитывающая влияние трения по пуансону и матрице,
с2 = 1 + 11м(1 - г2)( 1 + ада) + 0,75г211Т1ада, где ¡1Л1 и ¡1,Г соответственно коэффициенты трения по матрице и пуансону; а- угол конусности матрицы;
1 ^ Г2 = 1-—;
а2 = А(£2У+п;
А =
ст.
в
1 + п
г
2,718
\п
п
1п
1+
V п
2б10-
■¿О
100
V /
где <ув - предел прочности материала заготовки; п - показатель степени; ¿>К) и 8$ - относительные удлинения соответственно десятикратного и пятикратного образца;
£2=Тз
,
На заключительной операции вытяжку проводят в матрице с цилиндрическим рабочим пояском, в результате чего происходит сглаживание наружной рифлёной поверхности полуфабриката.
Сила вытяжки в этом случае определяется по зависимости
Р3 = к3Р3а3с3, (4)
где а3 и с3 определяются аналогично предыдущим операциям; Fз = л(гв2 - г„2).
Были проведены расчеты по данным зависимостям для материала заготовки Сталь 10, предел прочности 372 МПа, предел текучести 205 МПа, относительное удлинение 6 = 34 %. Использовалась заготовка «колпачок» с наружным диаметром 36 мм и толщиной стенки 3 мм. На первой операции вытяжку с утонением осуществляли через матрицу, имеющую 16 выступов клиновой формы (на рабочем пояске), высотой 2 мм. После вытяжки получался полуфабрикат с рифлёной наружной поверхностью и корончатым краем. На второй операции вытяжки полуфабрикат подвергался формоизменению в этой же матрице, при этом он ориентировался рифлеными выступами по клиновым выступам рабочего пояска матрицы. На третьей операции полуфабрикат второй вытяжки формо-изменялся в матрице с гладким рабочим пояском. В результате этого наружная поверхность детали стала гладкой. Таким образом, на всех трех операциях вытяжки осуществлялось локальное формоизменение заготов-
В результате компьютерного моделирования в программном комплексе С^огт были получены графики «Сила - перемещение» (рис. 4), проведены расчеты по вышеприведённым зависимостями, установлены значения поправочных коэффициентов к¿.
100 90
во 70 60
£
о 50 5 40 30 20 10 О
Первая —"" вытяжка р
торая ытяжка
в Третья
вытяжка
Перемещение, мм
Рис. 4. Зависимость «Сила - перемещение»
Для первой операции вытяжки
F0 = 311 мм2; Ft = 192,12 мм2; гг = 0,38; сх = 1,4; % = 261.
Поправочный коэффициент
кг = 1,2; Рг = 84,2 кН.
Для второй операции
Ft = 192,12 мм2; F2 = 139,30 мм2; г2 = 0,275; с2 = 1,42; а2 = 152,7.
Поправочный коэффициент
к2 = 1,5; Р2 = 45,3 кЯ.
Для третьей операции
F3 = 97,4мм2; F2 = 139,30 мм2; г3 = 0,3; с3 = 1,415; а3 = 174;
Поправочный коэффициент
к3 = 1,8; Р3 = 43,1 кН.
Расчёт силовых параметров с учётом влияния возникновения дополнительных сдвиговых деформаций при вытяжке в матрице с клиновидными выступами на рабочем пояске с использованием известной методики расчёта и результаты математического моделирования силовых параметров на всех трех операциях вытяжки с утонением и ИПД показали необходимость введения поправочных коэффициентов, которые учитывают возникновение дополнительных сдвиговых деформаций. Сдвиговые деформации возрастают при многооперационной вытяжке и увеличиваются значения поправочных коэффициентов.
Максимальная сила вытяжки имеет место на первой операции, так как формоизменение осуществляется при наибольшей степени деформации.
Методика позволяет рассчитать силы вытяжки при различных сочетаниях использования матриц с клиновыми выступами на рабочей поверхности и с гладкой рабочей поверхностью.
Возникновение дополнительных сдвиговых деформаций позволяет создавать мелкозернистую структуру, повышая эксплуатационные характеристики готового изделия.
Список литературы
1. Ковка и штамповка: справочник. Т. 4. Листовая штамповка / под общ. ред. С.С. Яковлева; ред. совет: Е.И. Семёнов (пред.) и др. 2-е изд., пе-рераб. и доп. М.: Машиностроение, 2010. 732 с.
2. Яковлев С.С. Определение силовых параметров при вытяжке с утонением и интенсивной пластической деформацией // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. Вып. 11. С. 212 - 218.
Яковлев Сергей Сергеевич, студент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Герасимова Ольга Михайловна, канд. техн. наук, доц., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
DETERMINA TION OF PO WER PARAMETERS FOR MANY OPERA TING EXHA UST WITH LOCAL PLASTIC DEFORMA TION
S.S. Yakovlev, O.M. Gerasimova
The results of computer simulation of hoods with thinning, billets obtained by stretching with thinning through the matrix, in which the working belt has periodic wedge protrusions. The simulation was performed using the qform software package. The dependence of the degree of strain and stress intensity on the number ofprotrusions and valleys on the outer surface of a cylindrical billet is analyzed.
Key words: extract with thinning, qform, shear deformations, intensive plastic deformation, modeling, matrix with periodically changing working profile, number of protrusions or valleys, intensity of stresses and deformations, wedge shape of protrusions.
Yakovlev Sergey Sergeevich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Gerasimova Olga Mikhailovna, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.777
ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ СИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА СТЕСНЕННОГО ПРЯМОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
П.В. Крутиков, К.О. Поцелуев, Д.М. Тесаков
Анализируется явление скачка силы деформирования при высоких степенях деформации заготовок из алюминиевого сплава АМг6 в ходе прямого холодного выдавливания. Приведены варианты устранения резкого увеличения силы деформирования, что в дальнейшем сможет позволить получать детали необходимой конфигурации.
Ключевые слова: алюминиевый сплав, тонкостенные детали, степень деформации, многофакторный эксперимент.
Актуальность расширения номенклатуры тонкостенных осесиммет-ричных втулок, получаемых с выдавливанием с высокими степенями деформации, создает необходимость для углубленного изучения данных технологических процессов, в том числе и с помощью статистических методов при создании математических моделей, способных применяться в производстве для повышения производительности труда, а также достижения значительного экономического эффекта [1, 2].
26
