CC BY
29
УДК. 621.7, 539.3
О.А. Ткач, канд. тех. наук, доц., (4872) 35-18-32, [email protected], (Россия, Тула, ТулГУ),
Л.П. Семенова, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-18-32, [email protected], (Россия, Тула, ТулГУ)
ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА ОСАДКИ КОЛЬЦЕВОЙ ЗАГОТОВКИ В СТУПЕНЧАТУЮ МАТРИЦУ
Представлены результаты исследования влияния основных технологических параметров на силовые характеристики процесса осадки кольцевой заготовки в ступенчатую матриц без радиального ограничения течения металла. Показаны особенности ккнемагткк течения металла в воде деформирования.
Ключевые слова: осадка кольцевой уготовкя кинематика течения, силовые параметры.
Расчетная схема процесса (рис.1) представляет собой половину меридионального сечения осесимметричной цилиндрической заготовки, где г есть ось симметрии. Процесс храктеризуется нестационарным течением металла заготовки. В ходе деформирования объем материма идет на образование как ступицы переходного диаметра отштампованной заготовки, которое происходит в заоре между ступенчатой матрицей 5 и оправкой 1, так и фланца, формирование которого происходит в ради льном направлении.
1 2 3
Рис. 1. Расчетная схема процесса: 1 - оправка; 2 - пуансон;
3 - заготовка; 4 - матрица
Кинематика течения материла в ходе деформирования неоднозначна: общий объем материла заготовки идет на формирование как ступицы переменного диаметра, так и фланца втулки (рис.2). Это, в свою оче-
редь, определяет сложность оценки перераспределения объема заготовки при формировании полуфабриката.
На последнем этапе деформирования можно выделить 4 характерные зоны течения материла: I - осевое перемещение слоев материлл, характерное при осадке заготовки; II - радиальное течение металла в направлении зазора между оправкой и ступенчатой матрицей, формирующее ступицу переменного диаметра; III - радильное течение металла к свободной поверхности заготовки, формирующее фланец втулки; А - зона затрудненного деформирования, граница которой служит начлом зарождения поверхности раздела течения.
I
Рис.2. Картина течения материала заготовки
АН
в ходе деформирования при------= 37,5 %
Н 0
С целью комплексной оценки влияния геометрии заготовки и условий трения на удельную сиу процесса были проведены расчеты, которые обрабатывлись с использованием аппарата теории планирования многофакторного эксперимента.
Был поставлен численный эксперимент для заготовки наружным диаметром —0 = 50 мм, внутренним й0 =20 мм, высотой Н0 =5 и 10 мм, со степенью обжатия по высоте АН 25 % из стали У10А при коэффициенте трения д = 0,1; 0,2; 0,3 и относительном зазоре А = —1 = 0,65; 0,7; 0,75,
—2
где —1 - диаметр первой ступени матрицы; — 2 - диаметр второй ступени матрицы.
Предварительные расчеты показали, что в реальном диапазоне изменения геометрических размеров заготовки, в качестве варьируемых входных факторов были выбраны: относительный зазор А между матрицей 1 и внутренней оправкой 5 (см. рис.1); степень осадки заготовки АН ; коэффициент трения д.
В качестве выходных параметров (функции отклика), характеризующих процесс осадки кольцевой заготовки в ступенчатую матрицу, принята удельна сила деформирования р .
В табл. 1 представлена матрица планирования эксперимента.
Таблица 1
Матрица планирования эксперимента
№ п/п х1 *2 *3
1 -1 -1 -1
2 -1 +1 +1
3 +1 -1 +1
4 -1 -1 +1
5 -1 +1 -1
6 +1 -1 -1
7 +1 0 0
8 0 +1 0
9 0 0 +1
10 0 0 0
11 0 0 -1
12 +1 0 +1
В табл. 2 приведены уровни факторов, соответствующие рельным условиям процесса осадки кольцевых заготовок при штамповке.
Таблица 2
Уровни факторов
Обозначение фактора Х\ *2 *3
Наименование фактора А АН д
Область эксперимента
Основной уровень 0,7 15 0,2
Интервл варьирования 0,5 10 0,1
Нижний уровень 0,65 5 0,1
Верхний уровень 0,75 25 0,3
Через хь х2, х3 обозначены кодовые значение факторов, которые связаны с действительными значениями следующими соотношениями:
А-0,7 АН-15 „ д-0,2
•XI = ; ХО = ; ХО = .
1 0,05 2 10 3 0,1
С учетом рассчитанных коэффициентов уравнения регрессии для выходных параметров, храктеризующих удельную сиу деформирования, примут вид
у =2,7842 -0,81607х^ +0,75528х? +0,69356х3 -
-0,48479Х1Х2 + 0,33119Х2Х3 -0,39175х2 -0,416х2, у2 =1,73377 -0,52853х1 + 0,97454х2 +0,25761х3 -
-0,065x1x3 -0,21005х2 +0,33381 х2, где л, у2 - удельна сила деформирования заготовки высотой Н0 = 5мм и Н0 = 10 мм соответственно.
Полученные уравнения регрессии позволили построить поверхности, характеризующие зависимость удельной силы деформирования при осадке кольцевой заготовки в ступенчатую матрицу с радиаьным ограничением течения материаа от относительного заора полости матрицы, степени осадки заготовки и трения на границах контакта.
Зависимость силовых параметров процесса от технологических факторов представлена на рис. 3 и 4.
Их анализ покаал, что с повышением коэффициента трения на границе контакта материаа заготовки и инструмента как для низкой, так и для высокой заготовок происходит увеличение удельной силы деформирования.
С увеличением относительного заора А происходит рост силовых параметров процесса осадки кольцевой заготовки в ступенчатую матрицу. Максимальные значения удельной силы деформирования соответствуют значению относительного заора А = 0,75 как для высокой, так и для низкой заготовки.
Влияние степени осадки на силовые характеристики незначительно при осадке высоких обрацов пи Н0 = 10 мм. При осадке низкого обраца Н0 = 5 мм степень осадки окаывает более существенное влияние. При использовании матрицы с относительным зазором А = 0,75 наблюдается снижение удельной сипы деформирования р в 2 раза при изменении степени осадки с 5 до 25 %.
а б
Рис. 3. Зависимость удельной силы деформирования от относитльного зазора полости матрицыг А и степени осадки АН
при Н0 = 5мм: а - д = 0,1; б - д = 0,3
а б
Рис. 4. Зависимость удельной силы деформирования от оттситльного зазора полости матрицыг А и степени осадки АН при H0 = 10мм: а- д = 0,1; б- д = 0,3
Высота заготовки также оказывает влияние на силовые характеристики процесса осадки кольцевой заготовки в ступенчатую матрицу без радиального ограничения. Осадка высокой заготовки Ho =10 мм хракте-ризуется меньшей на 10 - 30 % удельной силой деформирования.
В целом наиболее энергоемким является начаьна стадия (степень
AH „ „ „
осадки ----=5%) процесса осадки низкой кольцевой заготовки высотой
H 0
H0 = 5 мм в матрицу с относительным заором А = 0,75 при коэффициенте трения д = 0,3.
Библиографический список
1. Семенов Е.И. Ковка и объемна штамповка. М.: Высша школа, 1972. 352 с.
Tkach O.A., Semenova L.P.
Features of the ring blank shortening process in the shoulder matrix.
The results of ring blank shortening process in the shoulder matrix without radial restriction of a metal current research are presented. Features of a metal current kinematics during deformation are shown.
Получено 05.08.09
