CC BY
25
УДК. 621.7, 539.3
Л.П. Семенова, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-18-32, [email protected], (Россия, Тула, ТулГУ),
А.Н. Пасько, д-р. техн. наук, доц., (4872) 35-18-32, [email protected], (Росси, Тула, ТулГУ)
ОСОБЕННОСТИ МНОГОПЕРЕХОДНОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ УДЛИНЕННЫХ ГОЛОВНЫХ ЧАСТЕЙ
Изложены теоретические исследования процесса многопереходного выдавливания удлиненной конической головной частя на стержневой заготовке. Изучено влияние диаметра торцевой части и длины изделия на силовые параметры деформирования.
Исследования проводились при поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) номер 08-08-99036-р_офи.
Ключевые слова: многопеееходное выдавливание, удлиненные головные части, оценка деформируемости, силовые параметры.
В настоящее время среди основных путей повышения эффективности производства особое внимание уделяется снижению трудоемкости изготовления продукции, внедрению малоотходной и безотходной технологии изготовления изделий. Эти требования ставя задачи, связанные с разработкой принципиально новых технологий и оборудования, конкурентоспособных на мировом рынке, а также с интенсификацией технологических процессов при снижении энергоемкости и трудозатрат.
Для получения стержневых изделий с головной четью наилучшим образом подходит холодна объемна штамповка, которая позволяет быстро и экономично изготовлять детали, обладающие требуемыми качественными характеристиками и высокой точностью рамеров, свода к минимуму даьнейшую механическую обработку.
Задачей теоретического исследования являлось моделирование процесса формообразования удлиненной конической головной части на стержневой заготовке за несколько технологических переходов.
В работах [1-2] изожены методика и примеры расчета технологических процессов многопереходного холодного пластического формообразования изделий, имеющих оживаьную головную часть. В случах, когда конструкция детали предусматривает удлиненную коническую головную часть с острой вершинкой притупления, заключительный технологический переход становится весьма проблематичным, поскольку требует высоких значений необходимой технологической силы и контактных давлений.
Технологические возможности холодной многопереходной штамповки изделий с удлиненной конической головной частью были исследованы численно с использованием метода конечных элементов.
Оценка деформируемости и прогнозирование разрушения заготовок проводится на основе феноменологической теории разрушения, использование которой основано на полученных опытным путем диаграммах пластичности и информации о напряженно-деформированном состоянии. Использование деформационной теории позволяет на каждом этапе деформирования определять среднее нормальное напряжение <г, показатель напряженного состояния у и предельную деформацию еір(у). Мера повреждений ¥ представляется суммированием по приращениям с учетом влияния истории деформирования:
_ Аві
^ 0 вір (л)’
Добавление в конечно-элементную модель критерия деформируемости позволило проводить контроль на разрушение заготовки, а также прогнозировать состояние готового изделия.
На базе предложенного конечно-элементного подхода были поведені теоретические и экспериментальные исследования формирования удлиненной конической головной части на стержневой осесимметричной заготовке.
Для исследования процесса формирования удлиненной конической головной части используется математическая модель на бае конечноэлементного подхода, в которой рассматривается половина меридионального сечения осесимметричной заготовки.
Моделировался процесс деформирования из стаи марки У12А головной части, представленной на рис. 1.
Схема процесса, рассматриваема при моделировании, адекватно отражающая картину поведения материала в процессе деформирования, представлена на рис. 2.
Выдавливание заготовки осуществлялось в закрытую матрицу, пи этом ОЕ - ось симметрии, движение узлов, расположенных на свободной поверхности, ничем не ограничено и происходит в соответствии с заданными характеристиками материала, граница пуансона (отрезок АВ) подвижна, а границы матрицы (отрезки СБ, ББ, БО) неподвижны и являются формозадающим инструментом.
Расчет числа формообразующих операций проводился с помощью компьютерной программы [3], позволяющей оценивать приобретаемую на каждой технологической операции, накапливаемую и остаточную после отжига поврежденность деформируемого материла.
Рис. 1. Схема стерженя с головной Рис. 2. Расчетная схема процесса частью конической формы выдавливания конической головной
части: 1 - пуансон; 2 - заготовка; 3 - матрица
В результате проведенных расчетов и теоретических исследований разработан технологический процесс, включающий шесть формообразующих операций, которые показаны на рис. 3:
Ф3,2
<р6
а
б
1 г--.
I 1
!
06
в
Ф1,9
1-
■о
|
|
д
е
Рис.3. Полуфабрикаты, полученные при выдавливании конической головной части: а - первый переод; б - второй переод; в - третий переход; г - четвертый переод; д - пятый переод;
е - шестой переод
г
С целью комплексной оценки влияния геометрии изделия на силу процесса и возможность бездефектного деформирования рационально использовать аппарат математической статистики и теории планирования многофакторного эксперимента на основе результатов машинного эксперимента. Используя результаты предварительных экспериментов в реальном диапаоне изменения геометрических рамеров изделия, в качестве варьируемых входных факторов были выбраны:
- длина головной части I;
- диаметр торца головной части d;
- коэффициент трения на контактных границах ц.
В качестве выходного параметра (функции отклика), характеризующих его процесс деформирования, принята сила выдавливания необходимых для формирования головной чети требуемых размеров.
В таблице приедены уровни факторов, соответствующие реальным условиям процесса выдавливания удлиненной конической головной части на стержневой заготовке.
Уровни факторов и интервалы варьирования
Обозначение фактора Х1 Х2 Хі
Наименование фактора 1 а М
Область эксперимента
Основной уровень 225 2,25 0,2
Интервал варьирования 75 1,25 0,1
Нижний уровень 150 1 0,1
Верхний уровень 300 3,5 0,3
С учетом рассчитанных коэффициентов уравнение регрессии для выходного параметра, характеризующего силу выдавливания головной части, примет вид:
Р = 217,48 + 16,78х\ +9,16Х2 -10,46x3 +37,44x1 х2 +
+ 15,91х1хз -22,03Х2Х3 - 4,49х12 -33,76Х32,
где Р - сила выдавливания.
Исследования покаали, что поверхности, описывающие распределение силы выдавливания, являются параболоидом, который имеет области минимума и максимума (рис. 4). Наиболыла сила деформирования реаизуется при изготовлении изделия с трением на контактной границе ц=0,3 (рис.4), имеющего головную часть диной I, равную 300 мм, с диаметром вершит: d, равным 1 мм, - 246 кН. Минимаьное значение силы требуется, чтобы получить коническую головную часть длиной I=150 мм и диаметром вершины головной части d =3 мм, - 78 кН.
1 150
Рис. 4. Сила выдавливания удлиненной конической головной
части при д = 0,3
Обобщив результаты, укажем, что для каждого диаметра острия головной части наибольшая сила реализуется при максимальных параметрах длины.
Библиографический список
1. Кухарь В.Д., Бурак Л.П. Математическое моделирование формообразования оживальной головной части на стержневых заготовках // Известия ТулГУ. Серия Математика, механика и информатика: материалы Всероссийской НТК «Современные проблемы математики, механики и информатики». Тула: Изд-во ТулГУ, 2003. Вып. 2. С. 109 - 114.
2. Грязев М.В., Панфилов Г.В., Семенова Л.П.Особенности многопереходной холодной штамповки сердечников пуль с удлиненной ожи-вальной головной частью // Известия ТулГУ. Серия Технологическая системотехника. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. Вып. 7. С. 3 - 8.
3. Недошивин С.В., Панфилов Г.В., Лапшонков Д.В. Исследование предельных технологических возможностей штамповки головных частей стреловидных пуль // Известия ТулГУ. Серия Проблемы специального машиностроения: материалы Международной НТК «Проблемы проектирования и производства систем и комплексов». Тула: Изд-во ТулГУ, 2001. Вып. 3. С. 430 - 436.
L.P. Semenova, A.N. Pasko.
The features of the multistage deforming of the enlongated heads
In work theoretical researches of process of multitransitive expression of the lengthened conic head part on rod preparation are stated. Influence of diameter of a face part and lengths of a product on power parameters of deformation is investigated.
Получено 05.08.09
