CC BY
25
Самсонов Никита Алексеевич, магистрант, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Абаносимов Денис Олегович, магистрант, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
THE DESIGN OF THE STAMP FOR A SPECIAL METHOD OF EXTRUSION PARTS
SUCH AS GLASS
P.V. Krutikov, N.A. Samsonov, D.O. Abanosimov
The possibility of designing and creation of a stamp for a special method of cold squeezing enabling to reduce significantly technological force of deformation, while simultaneously increasing tool life is considered.
Key words: extrusion, cylinder liners, direct extrusion, the free end of metal, polyurethane buffer.
Krutikov Petr Valerievich, postgraduate, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Samsonov Nikita Alekseevich, postgraduate, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Abanosimov Denis Olegovich, postgraduate, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.983; 539.374
ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССОВ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ВЫТЯЖКИ КОНИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
Н.Е. Проскуряков, Д.З. Лай, Ч.Т. Лэ
Приведены результаты экспериментальных исследований процесса гидромеханической вытяжки конических деталей и выполнен анализ влияния трех технологических параметров (давление жидкости и давление прижима, относительная толщина заготовки) на относительную высоту получаемой детали.
Ключевые слова: давление жидкости, давление прижима, относительная толщина заготовки, планирование эксперимента.
Обычная вытяжка в жестких штампах не всегда может обеспечить эффективное получение деталей с высокими требованиями по качеству поверхности и точности (минимальная продольная разнотолщинность, допустимое утонение стенки т.п.), характерное для изделий оборонного комплекса. Возможным способом интенсификации процесса может выступить гидромеханическая вытяжка (ГМВ).
Установлено,что при ГМВ происходит снижение растягивающих напряжений в опасном сечении заготовки на 20...30 % по сравнению с обычной вытяжкой, что позволяет получать более высокие степени деформации за переход.
Детали конической формы относятся к группе нетехнологичных деталей, так как при вытяжке лишь незначительная часть заготовки контактирует с инструментом. Из-за большой свободной поверхности происходит потеря устойчивостии гофрообразования, а при определенных условиях наблюдаются разрушение заготовки, а также плохое оформление формы детали. Поэтому обычную вытяжку таких деталей производят с прижимом заготовоки с малыми степенями деформации, что увеличивает трудоемкость процесса штамповки, а для придания окончательной формы изделию необходимы дополнительные калибровочные операции [1].
Схема вытяжки конических деталей зависит от относительной высоты и конусности изделия, а также от относительной толщины материала.
Для выбора способа вытяжки конических деталей их условно разделяют на три группы: низкие, средние и высокие (рис. 1) [2].
Вытяжку низких конических деталей высотой И < 3d из тонкого материала (при 100(5/0)>2) и с углом наклона образующей конуса а < 100 производят за одну операцию на штампе с плоским прижимом (рис. 1, а). Здесь 5 —толщина заготовки, О -исходный диаметр заготовки, И - высота конуса, d - меньший диаметр вытягиваемого конуса.
а б в
Рис. 1. Способы вытяжки низких и высоких конических деталей
Вытяжку конусов средней высоты при И = (0,4.0,7) d с плоским дном и 100(5/0)>2,5 можно осуществить за одну операцию в глухом штампе до упора, который имеет матрицу с коническим заходом, раструбом кверху, вытяжка производится без прижима (рис. 1, б).
39
Вытяжку высоких конических деталей при h > 0,8 d осуществляют в несколько переходов двумя основными способами: предварительной вытяжкой ступенчатой заготовки и последующей ее калибровкой или постепенным вытягиванием конической заготовки из предварительно вытянутого цилиндрического стакана (рис. 1, в). Второй способ более предпочтителен. Высокие конические детали с фланцем получают из предварительно вытянутой цилиндрической заготовки.
Однако при ГМВ конических деталей (КД) такие детали удается получить за одну-две операции. Таким образом, процесс ГМВ по сравнению с обычной вытяжкой позволяет повысить допустимые степени деформации за переход, сократить число штамповочных и вспомогательных операций, повысить качество вытягиваемых изделий, что является экономически эффективным и технологичным методом штамповки листового материала.
Применение ГМВ в процессах листовой штамповки создает новую технологию изготовления деталей и диктует необходимость разработки новых методик расчета технологических параметров процесса [3].
Есть много технологических параметров, влияющих на процесс ГМВ КД. В настоящем работеавторы исследуют влияние трех технологических факторов: P^ - давление жидкости, P№ - давление прижима и
_ S
s = ïï% - относительная толщина заготовки. Выходным параметром (откликом) является относительная высота изделия.
Для исследования процесса штамповки использовались материал-сталь SUS 304 и коническая деталь, вид и геометрические параметры которой представлены в табл. 1.
Таблица 1
Геометрические параметры штампованной детали, мм
Диаметр заготовки, Р0,
130
Угол конуса а, град
15
Толщина заготовки, s0
0,6; 0,8; 1
Высота детали, h
40
Нижний диаметр детали, d
45
Варьируемые параметры (факторы) процесса ГМВКД приведены в табл. 2.
Таблица 2
Факторы и их интервалы варьирования
Фактор X, ед. изм. Кодированное значение, х{ Интервал варьирования V V ^-шт--- Л-шах
Рдж - МПа х1 14 ... 36
Рдп - МПа Х2 5 ... 10
s 5"=о% Хз 0,461 0,769
Для получения математической модели ГМВ КД на первом этапе был проведен полный факторный эксперимент типа 2 , состоящий из восьми опытов. Матрица планирования для этого случая представлена в табл. 3 (опыты 1-8). Была проверена гипотеза об адекватности линейной модели. Модель оказалась неадекватной.
С целью получения адекватной модели на втором этапе эксперимента было решено дополнить уже реализованную матрицу планирования 3
2 звездными точками и осуществить опыт в центре плана, произведя переход к композиционному плану второго порядка. Выбрали симметричный композиционный ортогональный план второго порядка с одним опытом в центре [4]. В этом случае звездное плечо а = ±1,215.
Для проведения экспериментального исследования гидромеханической вытяжки конических деталей из плоской заготовки использовались универсальный штамп и установка (рис. 2).
Установка состоит из штампа с гидравлическим прижимом и гидросистемы для обеспечения прижима заготовки. Установка монтировалась на гидравлический пресс УЫ32 силой 1 МН (кафедра ОМД Университета имени Ле Куи Дона (Вьетнам)).
Комплект штампов показан на рис.3. Штамп состоит из блока, в котором расположены узлы матрицыи пуансона.
Проведенные натурные эксперименты и их статистическая обработка позволили получить математическую модель процесса ГМВ КД с учетом влияния трех технологических параметров на относительной высоту изделия:
у= 0,598+0,029х1 + 0,099х2 + 0,019вд + 0,022х22+ 0,09х32 .
На основе полученной математической модели операции ГМВ КД построены графики зависимости относительной высоты изделия от давления жидкости, давления прижима и относительной толщины заготовки, которые представлены на рис. 4-9.
Таблица 3
Симметричный композиционный ортогональный план
второго порядка
N° х° Х1 Х2 Хз
1 + + - -
2 + + + -
3 + + - +
4 + + + +
5 + - - +
6 + - + +
7 + - - -
8 + - + -
9 + 0 0 0
10 + +1,215 0 0
11 + -1,215 0 0
12 + 0 +1,215 0
13 + 0 -1,215 0
14 + 0 0 +1,215
15 + 0 0 -1,215
Рис. 2. Схема универсального штампа и установка для исследования ГМВ
Рис. 3. Комплект штампов для исследования ГМВ
При давлении прижма = 5 МПа ый, При давлении прижма = 5 МПа
Рис. 4. Зависимость относительной высоты от давления жидкости и относительной толщины заготовки при Рдп =5 МПа
Рис. 5. Зависимость относительной высоты от давления жидкости и относительной толщины заготовки при Рдп = 7,5 МПа
43
Рис. 6. Зависимость относительной высоты от давления жидкости и относительной толщины заготовки при Рдп = 10МПа
Анализ графиков, представленных на рис. 4-6, показывает, что при повышении давления жидкости Рдж = 30...36 МПа и толщине заготовки 1 мм давление прижима в пределах Рдп = 10 МПа приводит к увеличению максимального значения относительной высоты изделия в пределах Ш= 0,65...0,85.
Анализ графиков, представленных на рис. 7-9, показывает, что при давлении жидкости 36 МПа и толщине заготовки 1 мм повышение давления прижима в пределах Рдп = 5.10 МПа приводит к увеличению максимального значения относительной высоты изделия в пределах Ш= 0,65...0,85.
Если толщина заготовки 1 мм, то высота конуса, который получается гидромеханической вытяжкой, может быть ниже или такой же, как при обычной вытяжке.
Рис. 7. Зависимость относительной высоты от давления прижима и относительной толщины заготовки при Рдж = 14 МПа
Рис. 8. Зависимость относительной высоты от давления прижима и относительной толщины заготовки при Рдж = 25 МПа
Рис. 9. Зависимость относительной высоты от давления прижима и относительной толщины заготовки при Рдж = 36 МПа
В случае, если толщина заготовки 5 > 1 мм, высота конуса, получаемого гидромеханической вытяжкой, будет выше, чем в случае обычной вытяжки.
Список литературы
1. Зубцов М.Е. Листовая штамповка: учебник. 3-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, 1980. 432 с.
2. Khandeparkar T., Liewald M. Hydromechanical deep drawing of cup with stepped geometries // Journal of materials processing technology. 2008. Vol. 202. P. 246 - 254.
3. Thanh Phong Dao, Shyh Chour Huang. Study on optimization of process parameters for hydromechanical deep drawing of trapezoid cup // Journal of Engineering technology and educatinon. 2011. Vol 8.
45
4. Новик Ф.С., Арсов Я.Б. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов. М.: Машиностроение; София: Техника, 1980. 304 с.
Проскуряков Николай Евгеньевич, д-р техн. наук, проф., vippne@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Лай Данг Зианг, канд. техн. наук, danggiang248@mail. ru, Вьетнам, Ханой, Университет имени Ле Куи Дона,
Лэ Чонг Тонг, магистрант, tan. letrong82amail. ru, Вьетнам, Ханой, Университет имени Ле Куи Дона
OPTIMIZA TION OF TECHNOLOGICAL PROCESS PARAMETERS OFHYDROMECHANICALDRAWING OF CONICAL DETAILS
N.E. Proskuryakov, D.G. Lai, T.T. Le
The results of experimental studies of the hydromechanical drawing process of conical parts and the analysis of the impact of three process parameters (fluidpressure and contact pressure, the relative thickness of the workpiece) the relative height of the resulting parts are given.
Key words: fluid pressure, contact pressure, relative thickness of workpiece, design of experiments.
Proskuryakov Nikolay Evgenievich, doctor of technical sciences, professor, vippne@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Lai Dang Giang, candidate of technical sciences, danggiang248 a mail. ru, Vietnam, Hanoi, Le Quy Don University,
Le Trong Tan, undergraduate, tan. letrong82@,mail. ru, Vietnam, Hanoi, Le Quy Don University
