CC BY
43
УДК 621.983.7
В. А. КОНОВАЛОВ А. С. ГЛУХАРЕВ А. И. ГРЕЧУШНИКОВ
Омский государственный технический университет
ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ ТОЛСТОСТЕННЫХ ТРУБНЫХ ОБРАЗЦОВ, ОБЖАТЫХ КОНИЧЕСКИМИ МАТРИЦАМИ ПРИ ОТСУТСТВИИ РАДИАЛЬНОЙ ДЕФОРМАЦИИ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ НЕОБЖИМАЕМОЙ ЧАСТИ ЗАГОТОВКИ_
В статье приведены результаты изучения формоизменения толстостенных трубных заготовок матрицами с конической воронкой в 15, 20 и 25° и коэффициентами обжима от 1,2 до 1,5 для схемы, когда внутрь необжимаемой части заготовки помещена оправка, исключающая возможность течения металла этой зоны в направлении к оси заготовки. Количественные данные помогут моделировать форму и размеры штампованных изделий при заданных параметрах инструмента и исходной заготовки. Ключевые слова: обжим, коническая матрица, толстостенная труба.
Одной из схем деформирования толстостенных трубных заготовок, приведенной в [1], является обжим конической матрицей в условиях, когда внутри необжимаемой части помещена оправка. Принято считать, что в таком случае снижается вероятность потери устойчивости с образованием складки внутрь изделия. Помимо этого обеспечивается надежная соосность заготовки и деформирующего инструмента, что также благоприятствует бездефектной штамповке.
В то же время показано [1], что в необжимаемой части заготовки достаточно ощутимо утолщается стенка. Для рассматриваемой схемы очевидным является такое утолщение путем увеличения внешнего диаметра, преимущественно за счет равномерного течения металла в радиальном направлении. Интенсивность осадки данной части заготовки определяется параметрами инструмента для обжима — углом воронки матрицы и коэффициентом обжима Kоб, а также толщиной стенки исходных заготовок.
Чтобы удостовериться в высказанных выше предположениях, были проведены описываемые ниже исследования. Они выполнялись на образцах из спла-
ва Д16АТ, изготовленных токарной обработкой из сплошного профиля. В целях обеспечения независимости изучаемых параметров от различия механических характеристик металла вся партия заготовок была одновременно подвергнута термической обработке, обеспечивающей оптимальную деформируемость выбранного сплава. Режим выполненной термообработки: отжиг при температуре 410о с выдержкой в течении 60 минут и последующим охлаждением вначале с печью со скоростью 30о в час до 260о, а окончательно — на воздухе.
Все образцы имели наружный диаметр ф0) 38±0,05 мм и длину ^0) 75±0,1 мм, но отличались толщиной стенки ^0), которая в представлении относительным параметром S0/D0 имела значения 0,10, 0,12, 0,15 и 0,21.
Заготовки в количестве 36 штук перед деформированием в девяти матрицах с параметрами, представленными табл. 1, промерили. Для того, чтобы при последующих снятиях размеров с деформированных образцов это выполнять в согласованных сечениях, на обоих торцах были нанесены по две риски по диаметральному направлению.
Параметры экспериментальных матриц
Таблица 1
№ 11 12 13 15 16 17 27 28 29
а, град 15 15 15 25 25 25 20 20 20
^б. 1,20 1,30 1,50 1,20 1,25 1,30 1,3 1,4 1,5
№ матрицы 11 12 13 15 16 17 27 28 29
№ заготовки 1436 1434 1435 1437 1438 1439 1433 1432 1431
1426 1424 1425 1430 1428 1429 1423 1422 1421
1416 1414 1415 1417 1418 1419 1413 1412 1411
1406 1404 1405 1407 1408 1409 1403 1402 1401
№
заготовки
1436
1426
1416
1406
1434
1424
1414
1404
13
1435
1425
1415
1405
15
1437
1430
1417
1407
16
1438
1428
1418
1408
17
1439
1429
1419
1409
27
1433
1423
1413
1403
28
1432
1422
1412
1402
29
1431
1421
1411
1401
Рис. 1. Конструкция инструмента для экспериментов: 1 — плита верхняя; 2 — пуансон; 3 — оправка сменная; 4 — деформируемый образец; 5 — чека для установки оправки; 6 — матрица; 7 — бандаж; 8 — кольцо опорное; 9 — плита нижняя
Рис. 2. Схема обмера деформированных образцов
Раскладка заготовок по матрицам представлена в табл. 2.
В экспериментальной наладке, представленной на эскизе (рис. 1), для упрощения конструкции использовали сменные оправки, устанавливаемые в пуансоне таким образом, чтобы деформирование производилось пошагово, а оправки не могли попасть в зону обжима. Поэтому каждая из оправок размещалась в заготовке так, что в период между началом и окончанием шага оправка не доходила до входа в воронку матрицы расстояния в (1,5...2,0) Б0. Такая величина свободного участка исключает провоцирование потери устойчивости, так как, согласно [2], при осадке толстостенных труб продольный изгиб их стенки происходит, когда высота заготовки превышает две толщины стенки.
После деформирования сняты размеры образцов, полностью определяющие их конечное формоизменение (рис. 2).
Рис. 3. Графики зависимости относительной толщины стенки в обжатой зоне от коэффициента обжима, угла матрицы и толщины стенки исходной заготовки: • — 80/Э=0,10; • — 80/Э=0,12; • — Б0/Э0 = 0,15; • — Б0/Э0 = 0,21
По результатам обмеров построены графики зависимости основных параметров формоизменения от а, Коб и Б0/Б, представленные на рис. 3 — 5. При этом на графиках 51 = (Б — Б1)/2, —
Анализ графиков и аналогичных результатов, полученных для других схем обжима [1, 3] дает основание сделать следующие заключения.
1. Утолщение стенки как в обжатой, так и в необ-жатой зоне тем выше, чем больше угол матрицы и коэффициент обжима.
2. С увеличением относительной толщины стенки исходной заготовки приращение толщины в необжа-той зоне растет, а в обжатой снижается.
3. Чем больше угол матрицы и коэффициент обжима, тем меньше конечная длина обжатого образца.
4. Характер изменения и величина анализируемых параметров формоизменения соответствуют аналогичным данным для рассматривавшихся ранее схем «свободного» обжима [1] и обжима матрицей с контейнером [1].
Рис. 4. Графики зависимости относительной толщины стенки в необжатой зоне от коэффициента обжима, угла матрицы и толщины стенки исходной заготовки:
• - VD0=0,10; • - VD0=0,12;
• — S/D = 0.15; • — S/D = 0.21
Изложенные в работе результаты применимы при проектировании технологии и инструмента для холодной штамповки полых толстостенных поковок и полуфабрикатов с коническими участками, получаемыми обжимом в матрицах.
Они позволяют более точно прогнозировать конечное формоизменение изделия при заданных характеристиках инструмента и исходной заготовки.
Библиографический список
1. Коновалов, В. А. Формоизменение и силовой режим при обжиме толстостенных трубных заготовок : моногр. / В. А. Коновалов. - Омск : ОмГТУ, 2012. - 112 с.
2. Теория обработки металлов давлением (Вариационные методы расчета усилий и деформаций) : учеб. / И. Я. Тарновский [и др.] ; под ред. И. Я. Тарновского. — М. : Металлургиздат, 1963. — 672 с.
3. Влияние параметров инструмента на формоизменение трубной заготовки с относительно толстой стенкой при холод-
Рис. 5. Графики зависимости относительной длины обжатых образцов от коэффициента обжима. угла матрицы и толщины стенки исходной заготовки: • — S0/D0=0,10; • — S0/D0=0.12; • — S„/D„ = 0.15; • — S„/D„ = 0.21
ном обжиме конической матрицей / В. А. Коновалов [и др.] // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. — 2012. — № 2 (110). — С. 86 — 89.
КОНОВАЛОВ Валерий Александрович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Машиностроение и материаловедение». ГЛУХАРЕВ Артем Сергеевич, магистрант гр. ОДМ-613 факультета элитного образования и магистратуры.
ГРЕЧУШНИКОВ Андрей Иванович, магистрант гр. ОДМ-613 факультета элитного образования и магистратуры.
Адрес для переписки: mitomd55@mail.ru
Статья поступила в редакцию 10.03.2015 г. © В. А. Коновалов, А. С. Глухарев, А. И. Гречушников
Книжная полка
Бельков, В. Н. Основы расчета и конструирования винтовых механизмов : учеб. пособие / В. Н. Бельков. - Омск : ОмГТУ, 2014. - 1 о=эл. опт. диск (CD-ROM). - ISBN 978-5-8149-0523-9.
Учебное пособие посвящено конструированию оригинальных механических винтовых устройств и предназначено для более глубокого изучения основ конструирования деталей машин. Установлены последовательности выполнения работы, правильное сочетание расчета и конструирования, выбор материалов и термообработки, обеспечение технологичности конструкции, выполнение условий сборки и т. д. Изложенный материал приведен к форме, наиболее удобной для использования при курсовом проектировании.
