Осадка заготовки различной геометрии в кольцевую матрицу Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

строение, 2010. 717 с.

S.S. Yakovlev, Fam Dyk Thien, Yu.G.Nechepurenko, V.A. Korotkov INTENSIFICATION OF TECHNOLOGICAL PROCESSES MANUFACTURING OF HOLLOW CYLINDRICAL DETAILS

Examples of use of processes of the combined extract and extract with a wall uto-neniye are given when developing technological processes of manufacturing of cylindrical details with a thick bottom and a thin wall.

Key words: anisotropy, extract, technological process, recommendations, factor of an extract, factor of an utoneniye, punch, matrix.

Получено 20.07.12

УДК. 621.7, 539.3

O.A. Ткач, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-18-32, tkachoa@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ),

А.Н. Пасько, д-р техн. наук, доц., (4872) 35-18-32, tm@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ),

Л.П. Семенова, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-18-32, tm@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ)

ОСАДКА ЗАГОТОВКИ РАЗЛИЧНОЙ ГЕОМЕТРИИ В КОЛЬЦЕВУЮ МАТРИЦУ

Представлены результаты исследования процесса осадки заготовки различной геометрии в кольцевую матрицу. Математическая модель строилась на использование трехмерных конечных элементов. Исследования проводились в рамках гранта РФФИ 10-01-9 750 7-р центр а.

Ключевые слова: осадка, дефекты формирования поковки, силовые характеристики, трехмерное моделирование.

Проводилось исследование процесса осадки заготовки различной геометрии в кольцевую матрицу. Рассматривались образцы из стали ШХ15 размерами D = 50 мм, ¿/=10 мм, /7 = 10 мм. Варьировался зазор полости матрицы А = 5,10,15 мм и коэффициент трения fi = 0,3; 0,4. Степень осадки принималась равной 50 %. Операция проводилась в гидравлическом прессе номинальным усилием 50 МН. Расчетная схема процесса (рис. 1) представляет собой половину меридионального сечения осесимметричной цилиндрической заготовки, где z есть ось симметрии.

85

Л

О

Рис. 1. Расчетная схема процесса: 1 - пуансон, 2 - заготовка, 3 - матрица

В ходе деформирования материал заготовки перемещается в радиальном направлении, формируя фланец заготовки, а в осевом - в зазор полости кольцевой матрицы, формируя ступицу переменного диаметра.

Математическая модель основана на методе конечных элементов, предоставляет возможность трехмерного моделирования процессов обработки металлов давлением.

Картина течения металла заготовки аналогична рассмотренной при исследовании процесса осадки втулки с фланцем [1]. Однако имеются некоторые отличия, которые обуславливаются отсутствием оправки. В ходе деформирования наблюдается затекание материала заготовки на внутренний диаметр полости матрицы (рис. 2, область А), формирующий ступицу будущего изделия.

Рис. 2. Затекания металла на внутренний диаметр полости матрицы

86

При уменьшении зазора полости матрицы наблюдается не только наплыв материала на внутренний радиус полости матрицы (рис. 3, область А), но и выход материала на внутренний торец кольцевого пуансона (рис. 3, область В).

Рис. 3. Дефекты поковки при зазоре полости матрицы А = 5 мм

Увеличение зазора полости матрицы приводит к отходу металла заготовки от поверхности пуансона (рис. 4, область С).

а

б

Рис. 4. Дефекты поковки при зазоре полости матрицы А = 15 мм: а - расчетные данные; б - экспериментальные данные

Материал образца заминается в область зазора, не формируя ступицу, что подтверждено экспериментально [2] (рис. 4, б). Интенсивность проявления данного дефекта растет с уменьшением высоты заготовки.

Один из возможных путей устранения этих эффектов - это использование оправки при осадке кольцевой заготовки [1], которая устраняет наплыв металла заготовки на пуансон и внутренний радиус полости матрицы. Однако при этом остается возможность отхода поверхности заготовки от пуансона при осадке низких кольцевых заготовок.

Для устранения этих дефектов была также рассмотрена схема де-

формирования кольцевой заготовки сплошным пуансоном. Напряженно-деформированной состояние материала заготовки и силовые характеристики процесса при этом не претерпели значительных изменений, а поверхностных дефектов в зоне контакта материала заготовки и инструмента удалось избежать.

Также был рассмотрен процесс осадки сплошной цилиндрической заготовки в кольцевую матрицу. В результате формировалась поковка тороидальной формы со ступицей заданных размеров (рис. 5), с дальнейшей возможностью пробивки отверстия. Использование данной схемы позволило устранить дефекты, возникающие при осадке кольцевой заготовки без оправки.

Силовые характеристики исследуемый процессов процесса представлены графиками зависимости нагрузки P от времени t (рис. 6).

Рис. 5. Поковка

Рис. 6. Зависимость технологической нагрузки от времени процесса: а - осадка кольцевой заготовки; б - осадка сплошной заготовки; 1 - А = 5 мм, 2 - А = 10 мм, 3 - А = 15 мм

Их анализ показал, что при реализации схемы осадки кольцевой заготовки в кольцевую матрицу без оправки наиболее энергоемким является процесс осадки с величиной зазора полости матрицы А = 5 мм, с увеличе-

нием значения данного параметра происходит снижение потребной силы деформирования.

Использование сплошного пуансона при осадке кольца в кольцевую матрицу существенно не влияет на значения потребной силы деформирования.

При реализации процесса осадки сплошной цилиндрической заготовки в кольцевую матрицу наиболее энергоемким также является процесс осадки с величиной зазора полости матрицы А = 5 мм, с увеличением значения данного параметра происходит снижение потребной силы деформирования. При этом значения потребной силы деформирования, реализуемые при этой схеме, на 10 - 30 % превышают силу деформирования при осадке кольца в кольцевую матрицу.

Изменение коэффициента трения с ju = 0,3 до jii = 0,4 оказывает незначительное влияние на силовые характеристики всех исследуемых технологических схем процесса осадки.

Список литературы

1. Кухарь В.Д., Ткач О.А. Осадка кольца в матрицу различной геометрии // Заготовительные производства в машиностроении. 2011. №1. С. 10-25.

2. Кухарь В.Д., Пасько А.Н., Ткач О.А. Оценка влияния технологических параметров на силовые характеристики процесса осадки кольца // КШП ОМД. 2010. № 9. С. 9 - 19.

О. A. Tkach, A.N. Pasko, L.P. Semenova

DEPOSIT OF PREPARATION OF VARIOUS GEOMETRY IN THE RING MATRIX

Results of research of various geometry blank shortening process are presented. The mathematical model was based on use of three-dimensional finite elements. Researches were carried out within a RFBR grant 10-01-97507.

Key words: shortening process, power characteristics, three-dimensional finite elements.

Получено 20.07.12