CC BY
57
УДК 621.983; 539.374
Е.Ю. Поликарпов, канд. техн. наук, соискатель (4872) 35-14-82, mpf-tula@rambler.ru, (Россия, Тула, ТулГУ)
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУТОРОВЫХ ДНИЩ
Изложены рекомендации по проектированию технологического процесса изготовления полуторовых днищ методами вытяжки и реверсивной вытяжки. Приведен пример технологического процесса изготовления полуторовых днищ ил алюминиевого сплава АМг6.
Работа выполнена по гранту РФФИ №07-01-96409 и ведомственной целевой программе «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)».
Ключевые слова: анизотропия механических свойств, вытяжка, реверсивная вытяжка, заготовка, напряжение, технолоический прооесс.
В космической технике широко используются торовые днища, изготавливаемые из двух отштампованных полуторов. Основными критериями при выборе материала для бака являются запас прочности, долговечность и малая масса.
Качественна штамповка тонкостенных полуторовых днищ с ми-нимаьным утонением и отсутствием гофр представляет весьма сложную технологическую задачу. Для изготовления тонкостенных торовых днищ, как правило, применяют реверсивный метод штамповки [1, 2].
Высокие требования надежности пи низкой массе конструкций обусловили необходимость поиска и рлработки новых методов штамповки торовых днищ.
Внедрен и апробирован в производстве метод штамповки тонкостенных (1-4 мм) полуторовых днищ с применением ступенчатого набора металла, осуществляемый на универсаьных гидравлических прессах.
Сущность метода ступенчатого набора состоит в следующем:
1. Для устранения утонения стенок применяется предварительный набор метала, осуществляемый в штампах, выполняемых с обязательным обеспечением степеней вытяжки (коэффициента вытяжки), свойственных штампуемому металлу.
2. Устранение радильного гофрообразования осуществляется путем применения каскада цилиндрических ступеней набора металла, по геометрии близкого к контуру вписанного радиуса днища.
3. В предварительных операциях набор металла для торовых днищ осуществляется не полностью (около 90 % расчетной заготовки). Недостающее количество метала в наборе восполняется в процессе окончательной вытяжки дотяжкой из фланца. Для набора рлработаны универсльные сборные перенлаживаемые штампы (УСПШ). Придание штампам универ-сльности, для набора метала по переходам, достиается путем расчета и выбора рлмеров диаметров ступеней по минимльным степенм вытяжки,
марок материалов, подлежащих штамповке. Зазоры между матрицей и пуансоном устанавливаются по максимальным толщинам днищ, подлежащих изготовлению. Колебание возможных зазоров в диапазоне 1-3 мм сверх штампуемых толщин для предварительных операций существенного влияния на качество штамповки не оказывает.
Располагая достаточным комплектом универсальных переналаживаемых штампов при запуске в производство новых типоразмеров днищ необходимо в каждом конкретном случае изготовление только одного штампа для окончательной вытяжки, а при применении методов беспрес-совой окончательной формовки и калибровки, например взрывом, - только одной матрицы с прижимом.
Разработка технологических процессов и параметров инструмента для изготовления полуторовых днищ методами вытяжки и реверсивной вытяжки включает в себя ряд основных элементов.
Приведем последовательность расчетов технологического процесса изготовления полуторовых днищ.
1. Расчет диаметра исходной заготовки производится по известным формулам [1-3].
2. Построение переходов ступенчатого набора для торовых днищ производятся графоаналитическим способом.
Для этой цели в масштабе наносится сетка универсальных вытяжных штампов, и на этой сетке в том же масштабе вычерчивается контур торового днища.
Количество переходов (ступеней) будет зависеть:
а) от степени вытяжки, принятой для универсальных штампов;
б) от размеров полуторовых днищ.
Как было выше сказано, площадь набора металла должна быть несколько меньше расчетной площади для образования днища: ^ = 0,95F-для сферического днища; ^ = 0,90F - для торового днища, где ^ - расчетная площадь днища с фланцем, ограниченная диаметром А.
На рис. 1 изображено сечение контура матрицы окончательного штампа и контур ступенчатого набора для крупногабаритного торового днища. Однако полностью выгладить кольцевые гофры (следы ступенчатого набора метала) обтяжкой по пуансону в средней части тора не представляется возможным. Поэтому конструктивно матрицу членят на две части: наружное торовое кольцо и внутренний торовый вкладыш с разъемом по среднему диаметру А.
Такая конструкция матрицы позволяет вначале оформить внутреннюю часть торового днища, для чего под вкладыш накладываются мерные бруски высотой 100-120 мм и, оказывая нормальное давление на фланец, обжимают среднюю часть тора, затем брус к удаляют и формуют наружную часть тора с подтяжкой с фланца.
Кроме того, конструкция разъемной матрицы облегчает решение вопроса выталкивания днища из матрицы.
Рис. 1. Сечение контура матрицы окончательного штампа и контур ступенчатого набора для крупногабаритного тороеого днища
3. При построении ступенчатого набора для торового днища с УСПШ следует иметь в виду, что последнюю ступень внутренней части следует выполнять диаметром, равным внутреннему диаметру тора Б, а набор метала для внутренней части должен быть равен площади внутренней части торового днища, ограниченной диаметром А (см. рис. 1).
Для повышения точности обводов торового днища применяют калибровку взрывом в специальном штампе или прессовую калибровку в специальной оправе, в нагретом состоянии, совмещенным с операцией отжига.
Прессовая калибровка с обтяжкой по оправке предпочтительней. Заслуживает внимания также метод ступенчатого набора с использованием конструкции штамповой оснастки, дополненной электрообогревом путем монтажа ТЭНов в прижимах и кольцах матриц. Нагрев заготовки осуществляется теплом рабочих элементов штампов (с регламентированной выдержкой) контактным способом.
4. Силовые режимы и предельные возможности формоизменения первой операции вытяжки без утонения стенки осесимметричных деталей из анизотропных материалов определяются по рекомендациям, приведенным в работах [5-7].
Замечание: при назначении величины коэффициентов вытяжки необходимо учитывать рекомендации по степени использования запаса пластичности В. Л. Колмогорова и А. А. Богатова [8, 9].
5. Силовые режимы и предельные возможности формоизменения операции реверсивной вытяжки осесимметричных деталей из анизотропных материалов определяются по методике, приведенной в работе [10].
6. Определение величины рлнотолщиндости осесимметричных полуфабрикатов производится по рекомендациям, приведенным в работе [11].
7. Корректировка пооперационных коэффициентов вытяжки и сипы прижима осуществляется для обеспечения минимальной величины рлно-стeндоcти изготавливаемых осесимметричных полуфабрикатов.
Применение метода ступенчатого набора метала для изготовления полусферических и полуторовых днищ дает основание сделать следующие заключение.
1. Ступенчатый набор метала является универсаьным методом, имеющим значительные преимущества перед другими, и применим в широком диаплоне технических требований.
2. Ступенчатый набор устраняет радиальное гофрообрлование при относительных толщинах 0,003-0,001 и менее, неизбежное при иных известных методах штамповки.
3. Применение ступенчатого набора значительно уменьшает утонение исходной толщины заготовки.
4. Применение универсальных перенлаживаемых штампов для предварительного набора, с перепадом диаметров по минимльным степеням вытяжки, позволяет:
а) штамповать в холодном состоянии тонколистовые, высокопрочные и труднодеформируемые сплавы, в том числе титановые;
б) в ряде случаев сократить количество межоперационных отжигов;
в) производить операции по набору металла в значительном диапазоне типорлмеров сферических и эллиптических днищ, конических и цилиндрических деталей;
г) значительно сократить сроки технической подготовки производства при запуске новых изделий, так как при этом необходимо изготовление только одного окончательно формующего штампа;
д) качественно изготовлять тонкостенные цельноштампованные днища с относительной толщиной до 0,001-0,0005.
5. Изложенный метод штамповки днищ с применением универ-сльных переналаживаемых штампов в значительной мере отвечает возросшим требованиям надежности конструкции при млой массе, а также снижению трудозатрат на изготовление командных узлов изделий.
Рлработанные рекомендации по проектированию технологических процессов изготовления полуторовых днищ использованы при усовершенствовании технологического процесса изготовления заготовок детли «Полугор» из люминиевого сплава АМг6 толщиной 3,5 мм. Последователь-
ность формообразующих операций технологического процесса изготовления заготовок детали «Полугор» из алюминиевого сплава АМг6 приведены в таблице.
Технологический процесс изготовления заготовок детали «Полутор»
Перечень операций
Эскизы полуфабрикатов
1. Термообработка
(отжиг).
2. Вытяжка первая. (Пресс гидравлический силой 10 МН)
031 т
3. Термообработка
(отжиг).
4. Вытяжка ревер-
сивна. (Пресс гидравлический силой 10 МН)
5. Термообработка
(отжиг).
6. Вытяжка ревер-
сивна. (Пресс гидравлический силой 10 МН)
7. Термообработка
(отжиг).
8. Вытяжка ревер-
сивна. (Пресс гидравлический силой 10 МН)
9. Термообработка (отжиг).
10. Калибровка. (Пресс гидравлический силой 10 МН)
На рис. 2 представлена деталь «Полутор» из алюминиевого сплава
АМг6.
Рис. 2. Полуторовое днище иг алюминиевого сплава АМг6
Технологический процесс обеспечивает изготовление крутогабаритных тонкостенных заготовок полуторовых деталей с минимальной величиной разностенности (до 8 %), заданную величину степени использования ресурса пластичности, эксплуатационные требования и снижение трудоемкости их изготовления, сокращение сроков подготовки производства. При холодной штамповке в универсальных штампах (матричных кольцах) нет необходимости в дорогостоящих штампах с обогревом.
Библиографический список
1. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1968. 283 с.
2. Мельников Э.Л. Холодная штамповка днищ. 2-е изд., пераб. и доп. М.: Машиностроение, 1986. 192 с.
3. Яковлев С.П., Яковлев С.С., Андрейченко В.А. Обработка давлением анизотропных материале в. Кишинев: Квант. 1997. 331 с.
4. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Л.: Машиностроение, 1979. 520 с.
5. Поликарпов ЕЮ. Многооперационная вытяжка ступенчатых осесимметричных деталей из анизотропного материала // Известия ТулГУ. Серия. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. Тула: Изд-во ТулГУ, 2005. Вып. 1. С. 101 -108.
6. Поликарпов Е.Ю., Подлесный С.В. Силовые режимы и предельные возможности формоизменения многооперационной вытяжки ступенчатых осесимметричных деталей из анизотропного материала // Известия ТулГУ. Серия. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. Тула: Изд-во ТулГУ, 2005. Вып. 2. С. 88-98.
7. Поликарпов Е.Ю. Математическое моделирование операции реверсивной вытяжки цилиндрических и осесимметричных деталей из анизотропного материала // Извести ТулГУ. Сери. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2008. Вып. 2. С. 144-152.
8. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением. Екатеринбург: Уральский государственный технический университет (УПИ), 2001. 836 с.
9. Богатов А.А. Механические свойства и модели разрушения металлов. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2002. 329 с.
10. Поликарпов Е.Ю., Подлесный С.В. Силовые режимы реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем из анизотропного материла //Извести ТулГУ. Сери. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2007. Вып. 2. С. 78 -84.
11. Поликарпов Е.Ю., Подлесный С.В. Предельные возможности операции реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем из анизотропного материала // Извести ТулГУ. Сери. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2007. Вып. 2. С. 185 - 188.
Polikarpov E. Y.
The engineering designing of technological processes of hemitoroidal bottoms manufacturing
Recommendations for engineering of technological process of manufacturing of the hemito-roidal bottoms by methods of drawing and reverse drawing are given. The example of technological process of manufacturing of the hemitoroidal bottoms from aluminium alloy АМг6 is resulted.
Получено 05.08.09
