Определение технологических параметров для реализации процесса штамповки с кручением цилиндрических заготовок Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.779:621. 735.32+621. 735.6.004

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ШТАМПОВКИ С КРУЧЕНИЕМ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК

© 2013 Н.А. Евдокимова

Воронежский государственный технический университет

Поступила в редакцию 28.03.2013

В статье рассматривается решение задачи по определению кинематических и силовых параметров, знание которых необходимо для расчета на прочность несущей части, основных элементов пресса и его привода. Получены соотношения для расчета линейных и угловых деформаций, а также деформирующих заготовку нагрузок.

Ключевые слова: осадка с кручением, деформация, момент инерции, коэффициент трения скольжения, маховик, винтовая передача

В обработке металлов давлением придается большое значение разработкам конструкций прессового оборудования для комбинированной штамповки заготовок. Это вызвано, в первую очередь, внедрением в производство инновационных технологий осадки с кручением невысоких цилиндрических заготовок с целью улучшения в них микроструктуры [1], обеспечивающей высокие эксплуатационные свойства (прочность, стойкость, износостойкость и др.). В связи с этим в работе [2] предлагается конструктивная схема пресса для штамповки с кручением, существенно отличающаяся от конструкций прессов [3, 4], использующих кривошипные механизмы для нагружения заготовок.

Для проектирования техпроцесса осадки с кручением заготовок с исходными размерами (диаметр х высота) возникает необходимость знания кинематических и силовых параметров пресса, обеспечивающих обработку заготовок до проектных размеров 1)хН с заданными соотношениями между относительной (е) и угловой (у) деформациями. В статье рассматривается решение задачи определения технологических параметров обрабатываемой заготовки применительно к предложенной в работе [2] пресса.

На рис. 1 представлена верхняя часть пресса, включающая винт 3, вспомогательный маховик 4 и стопорный элемент 10 в виде штока с поршнем 11, установленным в цилиндре 72 и прижатым к маховику 4 под давлением жидкости (с/). В нормальном положении (с/ 0) под действием пружины сжатия 13 шток 10 отводится от боковой поверхности

а(1П ...IV) '

_ (-^дл' ¿1 дД,) (Ь2аШ ЫаШ)_

H/2

(4)

= 4-

- А.

H

Евдокимова Наталья ^Александровна, аспирантка. Е-mail: evdokimovanatasa@mail.ru

маховика 4, и тем самым при включенном приводе пресса указанный маховик вместе с винтом 3 будет вращаться с приводным маховиком 2 с угловой скоростью со2, как одно целое. При этом подпятник 5 вместе с закрепленным на нем пуансоном будет только вращаться с угловой скоростью со2, и поэтому установленная в штампе пресса заготовка с указанными исходными размерами останется необработанной пластически.

Рис. 1. Схема стопорения вспомогательного маховика

Для приложения нагрузки к заготовке необходимо подать в рабочую полость цилиндра 12 жидкость под давлением с/, в результате чего шток будет прижиматься к маховику 4 нормальной силой, равной

0 =

11

(1)

где /■'// - площадь торца поршня 11, к- число штоков 10. Под действием этой силы на боковой поверхности будет возникать сила трения

Т = 01х= ВД1/1, (2)

где // - коэффициент трения скольжения.

Известия Самарского научного центра Российской академии наук, том 15, №4(2), 2013

В свою очередь эта сила вызовет тормозящий маховик 4 момент МТ, препятствующий свободному вращению маховика 4, и тем самым вызывающий вращение этого маховика вместе с винтом 3 относительно приводного маховика 2 с угловой скоростью, равной

А со =

(3)

мт=кс,1^1иог2к

(4)

1;з =■

30//

тс

(5)

(6)

А = -

О/Л)

= А 7И

(7)

со2р1

И

■

(8)

Максимальный сдвиг будет иметь место на контуре сечения заготовки где Я - текущий радиус заготовки) и будет равным

_ С0пШ

Ушах

н0 - V

или с учетом выражений ^ — -^"^А1 ^

(7)

и

Здесь ./ ,13 ,14. где .Л, .14 - моменты инерции винта 3 и маховика 7: / - время, отсчитываемое с момента соприкосновения пуансона с заготовкой и до конца процесса обработки заготовки, с. Тормозной момент в данном соотношении определяют по формуле

У т'л

со2Н(Д({

(но-Аг)

2 У/2

(9)

В процессе нагружения отношение утах к £ будет монотонно изменяться, его можно оценить с помощью параметра

со-.Н.Л/

Здесь Н4 - наружный радиус маховика 4: О 03 04.

где Оз. 04 - веса винта 3 и маховика 7: - средний радиус кольцевой поверхности маховика 7, находящейся в контакте со станиной -/; /?- коэффициент трения скольжения на опорной поверхности станины. В связи с возникновением в прессе момента Мт винт 3 вместе с подпятником 5 будет согласно конструктивной схеме перемещаться вниз относительно маховиков 2 и 7 с линейной скоростью у3, равной

л(и 0- 2)3/21

(10)

Для примера рассматривается осацка с кручением заготовки с размерами /)о=100 мм; Н0=20 мм при следующих кинематических характеристиках процесса обработки заготовки: 1 (1/с);

/5=0,1; /;=0; ^=0 25 м; к=2; £=5 мм; п=\; >=./¿=1,25 Н-мм-с"; с/ 0.1; 02; 0;3 М11а.

ж\002 з 2

М1 ——:—=7,85-10 мм.

4

где п, Б - соответственно число заходов и шаг резьбы в винтовой передаче (винт 3 - маховик 2).

После подстановки выражения (3) с учетом (4) в это соотношение получим

v3=Лt,

жJ

Таким образом, при торможении маховика 4 с помощью штоков 10, установленная в штампе пресса заготовка будет осаживаться со скоростью у3 и скручиваться с угловой скоростью со2. При этом относительная деформация осадки заготовки

_АН__у£

будет определяться по соотношению 5 ~ яо ~ Н0

или с учетом выражения (6) эта деформация будет равна

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

3 /

Л?

I

1с

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 а)

Угловая деформация в произвольной точке поперечного сечения заготовки с координатой р в радиальном направлении составит

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0.2

3 \ /

\ г

/ / /

///

1,с

0,5 1,0

1,5 б)

2,0 2.5 3,0

Рис. 2. Графики изменения: а) относительной е и б) деформации сдвига е' в зависимости от времени /

с

На рис. 2 представлены графики изменения

деформаций е и е — У,„,,,, Л/3 в зависимости от времени. Здесь 1 - <7=0,1 МПа 2 - <?=0,2 МПа 3 -<7=0,3 МПа Из рисунков следует, что указанные деформации монотонно возрастают с увеличением времени t и давления <7 в рабочей полости гидроцилиндра 72. Из последнего следует, что с увеличением тормозного момента МТ на маховике 4 происходит соответственно увеличение скорости винта 3 Уз, приводящее к интенсивному уменьшению высоты обрабатываемой заготовки Н, а, следовательно, и к увеличению максимальной угловой деформации утах-

На рис. 3 приведен график изменения параметра с' = е' ¡е, из которого следует, что отношение максимальной деформации сдвига е' к относительной е не остается постоянной во времени, а меняется существенно. В начальный момент деформирования заготовки параметр с принимает наибольшее значение, далее с течением времени монотонно уменьшается до минимума, а затем вновь увеличивается.

\

\/}

V J

t. с

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

Р = l7iB^e"k1pdp,

M

2ж(\-е)В 3sR

JV'A:lpldp.

^ (П)

Здесь д= Ь, 1г2(1~е)г2; д п - характеристики ма-

V 3 К2е

териала в апроксимации кривой течения по Надаи

А.; R = RoVV(^^) - текущий радиус заготовки; 1 .

е-т--Д - накопленная деформация. При рас-

1-

чете этих нагрузок деформации ей у следует определять по соотношениям (7) и (8), и в связи с этим они будут представлять собою функции времени

При проектировании для реализации процесса осадки с кручением необходимо знать потребную для обработки заготовки мощность, которую согласно законам механики можно определять по формуле

N = Pv3 +Мсо2

(12)

Подставив в это соотношение выражения (5), (11) получим формулу для расчета искомой мощности. Мощность электродвигателя будет равна

N3 = (Pv3+ Ma 2)¡n

(13)

Рис. 3. График изменения отношения максимальной деформации сдвига к относительной в зависимости от времени /

Деформирующие заготовку нагрузки - сила сжатия и скручивающий момент, согласно представленному в [5] решению задачи об осадке с кручением цилиндрических заготовок, можно определить соответственно по формулам:

где // - общий КПД пресса с электромеханическим

приводом.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Утягцее, Ф.З. Связь между деформированным и структурным состояниями металла при интенсивной пластической деформации // ТСТТТТТ ОМД. 2011. №7. С. 31-36.

2. Хеан, АД Пресс для комбинированного нагружения при обработке металлов давлением / АД Хеан, ПЛ1. Панин //КШП. ОМД. 2011. №10. С. 36-39.

3. Патент 2303527РФ, МКП В30В1/26. Пресс для штамповки с кручением /А. Ю. Бойко, ALB. Семеноженкое.

4. A.c. 1117226 СССР, МКП В30В1/26. Пресс для штамповки с кручением/ А.В. Сафонов, Б.А. Степанов, В.Н. Субич и др.

5. Дмитриев, АД Улучшение эксплуатационных свойств элементов конструкций пластическим деформированием / АД Дмитриев, А.Т. Крук, АД Хеан. -Воронеж: изд-во ВГУ, 2011. 214 с.

DETERMINATION OF TECHNOLOGICAL PARAMETERS FOR REALIZATION THE PROCESS OF STAMPING WITH TORSION OF CYLINDRICAL PREFORMS

© 2013 N.A. Evdokimova Voronezh State Technical University

In article the solution of a problem on determination the kinematic and power parameters which knowledge is necessary for calculation on durability of bearing part, basic elements of a press and its drive is considered. Ratios for calculation the linear and angular strains, and also loadings deforming preform are received.

Key words: settling with torsion, deformation, moment of inertia, coefficient of sliding friction, flywheel, screw gear

Natalia Evdokimova, Post-graduate Student. E-mail: evdokimovanatasa@)nail ru