ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ФОРМЫ РАБОЧЕГО ИНСТРУМЕНТА ПРИ ВЫТЯЖКЕ КОРПУСОВ ИЗ ПРОФИЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.7.043

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ФОРМЫ РАБОЧЕГО ИНСТРУМЕНТА ПРИ ВЫТЯЖКЕ КОРПУСОВ ИЗ ПРОФИЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК

Н.А. Самсонов, Д.М. Тесаков

Исследуется процесс вытяжки стаканов с использованием профильных заготовок. Приведено описание подхода, при котором возможно устранение фестонооб-разования без использования дополнительных операций.

Ключевые слова: вытяжка, осесимметричные корпуса, методология расчета формы заготовки, коэффициент использования материала.

Развитие современного машиностроения требует постоянного совершенствования технологических процессов изготовления производства деталей, имеющих осесимметричную форму, как наиболее часто используемых во всех отраслях промышленности. В частности, стоит отметить тонкостенные стаканы и втулки, применяемые практически везде. При проектировании технологии изготовлении таких изделий важно максимально снизить количество технологических переходов и коэффициент использования материала. Одним из наиболее предпочтительных способов получения тонкостенных стаканов является вытяжка из круглой заготовки с последующей обрезкой фестонов, образовывающихся из-за влияния плоскостной анизотропии металла. При внедрении такой технологии в производственный цикл зачастую предприятию проще использовать дополнительные операции обрезки, а не устранять фестонообразование на этапе деформирования заготовки. Такой поход имеет экономическую целесообразность при мелкосерийном производстве, однако в условиях крупносерийного современного предприятия гораздо эффективнее бороться с появлением дефектов на этапе пластического формоизменения металла, так как помимо исключения дополнительных операций механической обработки заготовки, позволяющего повысить производительность труда, можно добиться эффекта значительного повышения коэффициента использования материала, что может так же снизить себестоимость получаемых деталей [1].

На данный момент известно не так много эффективных способов борьбы с образованием фестонов в процессе вытяжки деталей типа «стакан». Основным является подход, при котором вместо стандартной круглой заготовки применяется заготовка, имеющая предварительно рассчитанную форму, позволяющая компенсировать излишек и недостаток материала после деформирования (рис. 1).

Представленный способ позволяет практически полстью исключить образование фестонов в ходе вытяжки осесимметричных деталей, но существенным недостатком такого подхода является профильная форма заготовки, создающая большое количество проблем при крупносерийном производстве [2]. В первую очередь получение заготовок такой формы затруднено необходимостью использования специальной вырубной оснастки, достаточно сложной в изготовлении и не позволяющей получать заготовки разной конфигура-

421

ции с использование одного комплекта инструмента. Во многом из-за данного недостатка эта операция не нашла широкого применения в промышленности. В связи с этим предлагается принципиально новый способ вытяжки деталей типа «стакан» с использованием, базирующийся на использовании профильного инструмента вместо заготовки. Пуансон для вытяжки имеет стандартную цилиндрическую форму, в свою очередь, матрица имеет профильную заход-ную поверхность (рис. 2), может состоять из нескольких секторов, как правило четырех, иметь разные радиусы закругления (1, 2), позволяющие регулировать путь, пройденный материалом в процессе вытяжки. Таким образом, достигается эффект «сглаживания» торцевых поверхностей изделия после вытяжки.

Рис. 1. Контур профильной заготовки, учитывающий плоскостную анизотропию материала и обеспечивающий вытяжку без фестонов

Предлагается несколько разных конфигураций профильного инструмента, отличающихся в первую очередь формами заходной поверхности матрицы, а также количеством используемых секторов. Изготовление составных матриц удешевляет себестоимость продукции и дает возможность для подна-стройки инструмента под широкую номенклатуру изготавливаемых изделий.

Рис. 2. Схема разрезов матриц 1 и 2 с изменяющимся по периметру радиусом закругления

422

Главной особенностью предлагаемого способа вытяжки является возможность использования как круглой так и квадратной заготовок. Это дает возможность производить раскрой в ленте, используя практически весь материал, что значительно увеличит экономическую эффективность описываемого способа деформирования.

При проектировании оснастки для вытяжки с использованием профильной матрицы также была найдена оптимальная конфигурация матрицы, включающая в себя пять составных частей: бандаж для матрицы, четыре сектора, представляющие собой профильную заходную часть, а также «тело матрицы», представляющее собой матрицы с цилиндрической внутренней поверхностью, имеющей диаметр, равный внешнему диаметру получаемой детали (рис. 3). С помощью программного комплекса Qform 3D в ходе экспериментов было установлено, что для устранения фестонов достаточно изменить форму лишь заходной части матрицы [3,4].

Рис. 3. Общий вид заходной части матрицы с переменными по периметру радиусами закругления заходной части

В ходе анализа возможностей использования квадратной заготовки установлено, что это не отражается на качестве получаемых изделий, если использовать специальную конструкцию штампа, включающего в себя специальные подвижные ползушки, позволяющие осуществлять подталкивание материала для устранения эффекта появления корончатости торца заготовки после втяжки (рис. 4).

Рис. 4. Конструкция штампа для вытяжки цилиндрических корпусов квадратной заготовки

423

В настоящее время проводятся расчеты, которые позволят выявить наиболее приемлемую форму и конфигурацию ползушек. В таком режиме становится возможным получение готового изделия не только без фестонов, но и без коронок.

По совокупности проведенных исследований можно сделать вывод о высокой экономической эффективности предлагаемых способов вытяжки в случае внедрения их в существующие технологические процессы. В дальнейшем планируется разработка методики для расчета геометрических параметров штамповой оснастки, применяемой при описанных способах деформирования.

Работа выполнена в рамках гранта НШ-2601.2020.8.

Список литературы

1. Яковлев С.П., Яковлев С.С., Андрейченко В. А. Обработка давлением анизотропных материалов. Кишинев: Квант. 1997. 331 с.

2. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1968. 283 с.

3. Богатов А.А., Мижирицкий О.И., Смирнов С.В. Ресурс пластичности металлов при обработке давлением. М.: Металлургия, 1984. 144 с.

4. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977. 423 с.

Самсонов Никита Алексеевич, аспирант, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский Государственный Университет,

Тесаков Дмитрий Михайлович, аспирант, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский Государственный Университет

FEATURES OF CALCULATING THE SHAPE OF THE WORKING TOOL WHEN DRA WING CASES FROM PROFILE BLANKS

N.A. Samsonov, D.M. Tesakov

The paper examines the process of drawing glasses using profile blanks. The article describes an approach in which it is possible to eliminate festoon formation without using additional operations.

Key words: exhaust, axisymmetric housings, methodology for calculating the shape of the billet, material utilization coefficient.

Samsonov Nikita Alekseevich, postgraduate, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Tesakov Dmitry Mikhailovich, postgraduate, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University