CC BY
22The scientific heritage No 44 (2020) 43
ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ
Бровман Т.В.
доктор технических наук, доцент Тверской государственный технический университет, Тверь, РФ
Шильников С.С.
заместитель генерального директора по производству ООО «ПоварЛюкс», РФ
Горященко А.Б.
директор по производству ООО «ПоварЛюкс», РФ OPTIMIZATION OF TECHNOLOGICAL PARAMETERS OF SHEET STAMPING
Brovman T.
doctor of technical Sciences, associate Professor Tver state technical University, Tver, Russia
Shilnikov S.
Deputy General Director for production of LLC "Povarlux", Russia
Gerashchenko A. production Director of "Povarlux" LLC, Russia
Аннотация
Представлена усовершенствованная конструкция штамповой оснастки с матрицей, выполненной с переходным участком в форме дуги трактрисы Abstract
An improved design of die tooling with a matrix made with transition sections in the form of a tractris arc is presented
Ключевые слова: обратная вытяжка, форма матрицы, трактриса. Keywords: reverse the hood, form the matrix of the coating.
Листовая штамповка нашла применение в массовом и серийном производстве при изготовлении деталей. Производство изделий вытяжкой обратным методом существенно не отличается от вытяжки по прямому методу, различие заключаются в форме вытяжной матрицы - при вытяжке прямым методом входная часть матрицы имеет форму конуса, при вытяжке обратным методом - полукруглую форму. Удельное давление на 15% выше, чем по прямому методу. Существенный недостаток обратного метода заключается в опасности разрыва заготовки от радиального давления и образование
гофров в результате действия касательных напряжений на фланцевой части заготовки, рис. 1б,в.
Производство заготовок штамповкой и глубокой вытяжкой изделий из алюминия и нержавеющей стали, представленных на рис.1 осуществляется на современном оборудовании, в том числе на автоматизированных линиях NOVAK (Италия). Нанесение антипригарных и декоративных покрытий на алюминиевые диски производят на линиях наката, осуществляют пневматическое распыление покрытий фторполимеров концерна Whitform.
п
б, в
а б в
Рисунок 1 а - фотография изделия, получаемого методом обратной вытяжки; виды брака: отрыв дна заготовки, образование гофров на фланцевой части заготовки
Штамповка оказывает более сильное влияние на развитие коррозионных трещин, чем вальцовка или гибка. Сталь, содержащая 0,24% С, оказалась в 50% растворе NH4NO3 (при 85°С) при напряжении 320 МН/м2 склонной к растрескиванию через 350 часов, а при напряжении 386 МН/м2 через 20 часов [2]. Увеличение напряжений в 1,2 раза приводит к уменьшению долговечности в 350/20= 17,5 раза.
Для ряда металлов и сплавов отрицательное влияние оказывают не только остаточные напряжения растяжения, но и напряжения сжатия. Имеются данные о влиянии остаточных напряжений для некоторых цветных металлов и сплавов. В [5] приведен график, показывающий что время склонности латуни к растрескиванию в 10% растворе NH4OH при увеличении напряжений от 30 МН/м2до 80
МН/м2 возрастает в 4 раза. Нагрев-выдержка металлов, сплавов при высоких температурах способствует уменьшению остаточных напряжений. Это уменьшение тем больше, чем выше температура нагрева и время выдержки при высокой температуре. Однако, нагрев металла всегда связан с расходом энергии и повышает стоимость изготовления изделий, поэтому целесообразно рассмотреть и другие способы, в частности влияние режимов обработки давлением на величину остаточных напряжений.
С целью многократного повышения долговечности матриц и пуансонов на их рабочие поверхности наносится тонкопленочное (до 2 мкм) покрытие методом финишного плазменного упрочнения. Наносимое покрытие нитридов переходных металлов имеет низкий коэффициент трения, является химически инертным и устойчивым к воздействию агрессивных сред.
С целью повышения качества изделий при формообразовании листовых заготовок предложено изготовить матрицу с переходными участками от горизонтальных поверхностей к вертикальным (входную часть) в форме дуги трактрисы, рис.2. Рабочая кольцевая поверхность матрицы, вдоль которой происходит переход горизонтального участка заготовки в вертикальный в точках А, В сопряжена переходными поверхностями 1,2 выполненными в форме дуги трактрисы. Исходные сечения заготовки показаны тонкими линиями. Их
края оперты на переходные участки в форме дуг трактрис. Здесь использовано свойство трактрисы образовывать кривую, у которой длина отрезка касательной от точки касания до точки пересечения с фиксированной прямой является постоянной величиной. Таким образом, прямолинейный участок заготовки при переходе от горизонтальной поверхности к вертикальной не «переламывается», а перемещается по касательной относительно поверхности матрицы, выполненной в форме дуги трактрисы. Траектория движения вытягиваемой заготовки определяется кривой, отрезок к касательной к которой в любой точке от точки касания до оси у является постоянным.
В процессе вытяжки исходная заготовка АВС и заготовка АВСБЕ вдавливается пуансоном в матрицу. При этом обеспечивается постоянный контакт кромок вытягиваемой заготовки с дугами трактрис соответственно в точках АА^2, СОС2 и АА1А2А3, ЕЕ1Е2Е3. Плавность сопряжения краев матрицы с ее цилиндрической частью посредством дуг трактрис обеспечивает постоянный контакт поверхности формуемой заготовки при ее переходе от горизонтальной части к вертикальной и отсутствие неравномерной деформации краевых участков заготовки в процессе формирования поперечного сечения. Это обеспечивает постоянный контакт с за-ходной частью матрицы формирует края заготовки без дефектов в виде трещин, волнистости, потери устойчивости.
Рисунок 2 Дуга трактрисы, выполненная на входном участке матрицы вытяжного штампа заходная часть матрицы: а -А1А2 А3 А4; б - Аг А2 А3
а в
Усилие достигает максимума в конце рабочего хода в связи с увеличением наклепа и увеличением толщины металла, поступающего в очаг деформации. Поэтому отрыв дна обычно происходит в конце рабочего хода.
Влияние межоперационного разупрочняю-щего отжига не оказывает существенного влияния на коэффициент вытяжки, равный для вытяжки без при прижима 1,2-1,3 и 1,4 - 1,6 - для вытяжки с прижимом.
Задачи теории обработки металлов давлением сводятся к определению с достаточной точностью усилий, необходимых для реализации процесса. Однако, часто возникают искажения формы заготовок. При вытяжке заготовок величины сопротивления пластической деформации относительно низкие, что облегчает их изготовление, а после нагрева
и упрочнения их прочность в условиях эксплуатации удается значительно увеличить.
В нестационарных процессах обработки давлением (осадка, вальцовка-изгиб заготовок, вытяжка из листа полых стаканов и т.д.), в которых в процессе деформации существенно изменяются и конфигурация деформируемого изделия, и напряженное состояние металла этого изделия пластическую деформацию осуществляют только в части объема деформируемого тела, происходит локальная деформация, в процессе которой возможно воздействие факторов, нарушающих точность размеров изделия и ухудшение условий деформации.
Нестабильности процессов пластической деформации способствуют неизбежные изменения условий их реализации: неравномерность нагрева
заготовок и колебания коэффициента трения, разброс предела текучести в пределах ±(0,10...0,15)ст.
На рис.3 показана схема деформации заготовок - вытяжки стакана из тонкой заготовки без утонения, имеющей до деформации форму диска. Давление пуансона Р обеспечивает процесс деформации вытяжки цилиндрической заготовки. Такая деформация является локальной, поскольку на значительной части ее объема, а именно «днища», пластической деформации не происходит.
При получении из заготовки в форме диска диаметром цилиндрического стакана диаметром и длиной I, равной I =
41 ~1'
dg—dl 2
пластическая деформация неизбежна в части заготовки, имеющей длину I объемом пЫ^, а часть ее, а именно «дно
стакана» объемом ~ ы останется жесткой и бу-
4 ^
дет перемещаться как жесткое тело в направлении действия силы Р.
Отношение доли объема, в котором имеет место пластическая деформация, к объему, в котором материал остается жестким, (или испытывает
1 . пйлШ
только упругую деформацию) равно--г-
0,25 па^п
Чем длиннее стакан, тем больше зона пластической деформации, например, при I = ^ это отношение равно 4, т.е. доля объема материала, который остается жестким, равна 25% объема всей заготовки.
По мере деформации степень деформации кольцевого участка заготовки все время возрастает и это приводит к тому, что деформация сжатия создает условия для потери устойчивости деформируемой заготовки и искажения ее конфигурации. Происходит закономерное ухудшение условий деформации. Происходит искажение формы заготовки, рис.3б, она становится волнистой.
- б
Рисунок 3 Схема деформации: а - при вытяжке; б - искажение формы заготовки в процессе деформации
При реализации данного процесса в ряде случаев можно изменить процесс деформации таким образом, чтобы повысить точность размеров заготовок за счет выполнения входного участка матрицы в форме дуги трактрисы.
Выводы. Преимущества использования матрицы, выполненной с переходными участками в форме дуги трактрисы позволили стабилизировать процесс глубокой вытяжки
Список литературы
1. А.С. № SU 1477485А1В21 1/08, B21D5/06 Двухвалковый калибр прокатного стана/ Бровман Т.В., заявл. 16.10.87; опубл.07.05.89. Бюл. №17.
2. Бровман Т.В., Кутузов А.А. О выборе режимов изгиба при вальцовке заготовок/[текст] Т.В. Бровман, А.А. Кутузов. Производство проката. 2014. № 12. С. 29-32.
3' Шинкин В.Н. Критерий разрушения труб большого диаметра при несплавлении сварного соединения и внутреннем давлении [текст]/В.Н. Шинкин, А.М. Барыков, А.П. Коликов, В.И. Мок-роусов // Производство проката. 2012. .№2. С. 14-16.
4. Шинкин В.Н. Механика сплошных сред [текст]/В.Н. Шинкин М.: Изд. Дом МИСиС. 2010.-235с.
5. Шинкин В.Н. Сопротивление материалов для металлургов [текст]/ В.Н. Шинкин.- М.: Изд. Дом МИСиС.2013.-655с.
МИКРОРЕЗАНИЕ ПРИ АБРАЗИВНО-ЭКСТРУЗИОННОЙ ОБРАБОТКЕ
Новосельский Н.К.
студент, Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева, г. Красноярск
Васильева Е.К.
студент, Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева, г. Красноярск
Сысоев А.С.
Доцент кафедры «Технология машиностроения» Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева, г. Красноярск
