CC BY
25
Библиографический список
1. Владимиров В.М. Изготовление штампов, пресс-форм и приспособлений: учебник / М.В. Владимиров - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. школа, 1981. - 431 с.
2. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке / В.П. Романовский. - 6-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, 1979. - 520 с.
3. Справочник конструктора штампов: листовая штамповка / Под общ. ред. Л.И. Рудмана. - М.: Машиностроение, 1988. - 496 с.
Получено 24.10.08.
УДК. 621.7, 539.3
О.А. Ткач, Л.А. Свинаренко (Тула, ТулГУ)
ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ОСАДКИ КОЛЬЦЕВОЙ ЗАГОТОВКИ В СТУПЕНЧАТУЮ МАТРИЦУ С РАДИАЛЬНЫМ ОГРАНИЧЕНИЕМ
Описаны особенности кинематики течения материала, напряженно-деформированного состояния заготовки в ходе осадки кольцевой заготовки в ступенчатую матрицу с радиальным ограничением. Проведена оценка силовых параметров процесса.
Штамповка невысоких кольцевых деталей типа втулка с фланцем проходит по схеме осадки с двусторонним истечением материала в радиальном и осевом направления [1]. С целью расширения номенклатуры изделий, выпускаемых с помощью процесса осадки кольцевой заготовки, было проведено исследование операции закрытой осадки кольцевой заготовки в ступенчатую матрицу.
Расчетна схема процесса (рис.1) представляет собой половину ме-ридионаьного сечения осесимметричной цилиндрической заготовки, где 2 есть ось симметрии. В ходе деформирования весь объем материала вдет на обраование ступицы переходного диаметра отштампованной заготовки, которое происходит в заоре между ступенчатой матрицей 1 и оправкой 5, а диаметр фланца определяется диаметром исходной заготовки и ограничивается внешней оправкой 2.
При применении МКЭ исследуема модель представляется через узловые точки, связанные структурными элементами. При решении задачи на систему требоваось наложить рад граничных условий, отражаю щи реаьную картин течения материала в процессе деформирования. Были сформированы и приняты следующие граничные условия (рис.1).
Рис.1. Расчетная схема процесса: 1 - оправка; 2 - пуансон;
3 - заготовка; 4 - внешняя оправка; 5 - матрица
1. Грань АВ есть граница контакта материала и инструмента. В силу непроницаемости границ узы, расположенные на этом отрезке, могут перемещаться в осевом в направлении движения пуансона, а также свободно скользить вдоль него.
2. Отрезок ВС - граница контакта материала и инструмента. Перемещение узлов, принадлежащих этой поверхности, ограничено в радиальном направлении.
3. Отрезок СВ представляет границу контакта материла заготовки с инструментом. Перемещение узов, лежащих на данном отрезке, ограничено в осевом направлении непроницаемостью границ матрицы. В радиальном направлении узы могут перемещаться в направлении к оси симметрии.
4. Участок ВЕ представляет свободную поверхность заготовки. Узлы, находящиеся на ней, перемещаются в зазоре между оправкой и матрицей.
5. Узлы, расположенные на отрезке ЕА, перемещаются вдоль стенки оправки вертикально в направлении движения пуансона.
Особенностью исследуемого процесса являются наличие ступенчатой матрицы и формирование в ходе деформирования ступицы втулки переменного диаметра. При реализации процесса метал заготовки на начальной стадии перемещается в зазор, образованный первой ступенью матрицы диаметром В2 и внутренней оправкой (рис. 2, а), заполняет его,
формируя полуфабрикат изделия (рис. 2, б), после чего идет истечение материала образца в метши зазор, образованный второй ступенью матрицы
диаметром Д и внутренней оправкой (рис. 2, в). Таким образом, часть метала при деформировании всегда составляет свободную поверхность заготовки, а другая его часть попадает в область контакта с криволинейной границей матрицы.
При этом в угловой области заготовки между матрицей 1 и внешней оправкой 2 образуется область затрудненного деформирования (область
А, рис. 2), которая затем расширяется. При формировании первой ступени ступицьы втулки появляется вторая зона затрудненного деформирования, сосредоточенна на радиусе ступенчатой матрицы На момент завершения процесса деформирования эти две области сливаются.
Технологическа особенность ведения процесса оказывает влияние и на напряженное состояние материаа свободной поверхности заготовки, которая заключается в изменение характера компонент напряжений, т.е. их переходе из зоны1 сжатия в зону растяжения (рис. 3).
Исследовано влияние технологических параметров процесса, таких как коэффициент трения д и относительный зазор Д, а также геометри заготовки (высота Н0) на деформационные характеристики. Величина относительного зазора между ступенчатой матрицей и внутренней оправкой оказывает влияние на интенсивность заполнения первой ступени матриці.
а
б
в
Рис. 2. Кинематика течения материала: а- — = 10%; б- — = 20%; в- — =25%
Н 0
Н 0
Н0
Так при Д = 0,65 перва ступень ступицы втулки формируется при
—Н
степени осадки заготовки
Н0
10 %, при Д = 0,7 - по достижении
----= 13,5 %, и при Д = 0,75 степень осадки по высоте достигает 16,5 %.
Н0
Трение не оказывает существенного в линия на ход формирования ступени ступицы диаметром В2.
Представленные результаты соответствуют осадке заготовки высотой Н0 =10 мм. При уменьшении высоты образца наблюдается анаогич-на кинематика течения метала. Однако требуются большие степени осадки для заполнения первой ступени матицы. Так, при относительном
ДН
зазоре Д = 0,65 формирование происходит при --------= 21,5%, Д = 0,7 соот-
Н 0
ветствует деформация по высоте, равна 25 %, а для реализации осадки с относительным зазором Д = 0,75 необходимо осадить заготовку на 30,5 %.
3000
о»
МПа
о
-1500 -3000
0 10 2030 40 50607080 шаг 100
Рис. 3. Распределение компонент напряжений на свободной поверхности высокой заготовки (элемент№2): а0,аг - окружное,
радиальное, осевое напряжения
Распределение компонент напряжения на свободной поверхности низкого образца также неоднозначно (рис. 4). Но в отличие от высокой заготовки характер меняет лишь осевое напряжение , а радиальное аг и
окружное С0 напряжения остаются сжимающими.
Технологическа сила, требующаяся для реаизации исследуемого процесса, представлена графическими зависимостями удельной силы р от коэффициента трения д для высокой и низкой заготовок при реаизации различных относительных заоров (рис. 5).
400
а,
МП
о
-400
-800
-1200
СТ- \ \
\ \
а/ 7 N
\
О 10 20 30 40 50 60 70 80 шаг ЮО
Рис. 4. Распределение компонент напряжений на свободной поверхности низкой заготовки (элемент№2): а0, аг,- окружное,
радиальное, осевое напряжения
15
Р
"х '
■ г
л
—— . 1Т -
/
Ч3
0,1
0,2
Но =10 мм-
/-/0 = 5 мм
0,3
Рис. 5. Зависимость удельной силы откоэффициента трения для высокой и низкой кольцевых заготовок: 1 - А = 0,65; 2- А = 0,7;
3- А = 0,75
Показано, что зависимости нося возрастающий характер. Выявлено влияние геометрических параметров инструмента: относительного зазора между ступенчатой матрицей 1 и оправкой 5 (см. рис. 1), на удельную силу деформирования. С его увеличением реализуются меньшие значения удельной силі как для низкого, так и для высокого обрацов.
При проведении процесса штамповки низкого кольца разница в величинах удельной силы при различной геометрии инструмента составляет 32 - 45 %, а для высокого образца значения удельных силовых параметров возрастают в 2,8 - 4,9 раза. Таким образом, наиболее энергоемким является процесс штамповки высокой кольцевой заготовки Н0 =10 мм в ступенчатую матрицу с радиальным ограничением течения металла при относительном зазоре между матрицей и внутренне оправкой А = 0,65.
Сравнение удельных силовых характеристик рассмотренных процессов с радиальным ограничением на течение метала показало, что осадка кольцевой заготовки в кольцевую матрицу [2, 3] требует больших величин удельной силы деформирования, чем осадка кольцевой заготовки в ступенчатую матрицу.
При штамповке низкого обраца удельна сила возрастает в 3 - 8 ра при использовании схемы штамповки в кольцевую матрицу, для высокого кольца эта раница составляет 2 - 5 ра. Таким обраом, осадка кольцевой заготовки в кольцевую матрицу с радиаьным ограничением течения материала носит более энергоемкий характер, чем аналогичная осадка в ступенчатую матрицу, что объясняется технологическими особенностями ведения процесса по схеме рис. 1, а именно, большими относительными заорами между внутренней оправкой и матрицей, следовательно, более легкими условиями ведения процесса обработки.
Библиографический список
1. Семенов Е.И. Ковка и объемна штамповка / Е.И. Семенов - М.: Высша школа. - 1972. - 352 с.
2. Кухарь В.Д. Математическое моделирование процесса осадки кольцевой заготовки в кольцевую матрицу с радиаьным ограничением /
В.Д. Кухарь, О.А. Кузовлева // Изв. ТулГУ. Сер. Математика. Механика. Информатика. Вып.3. -2004. - Т.10. - С. 120-126.
3. Кухарь В.Д. Математическое моделирование в процессах холодной объемной штамповки / В.Д. Кухарь, О.А. Кузовлева // Научно-техническа продукция Тульской области и регионаьные критические технологии: сб. научн. трудов / под общ. ред. Г.ВШадского. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2004. - С. 152 - 158.
Получено 24.10.08
