CC BY
44
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070_
УДК 621.7.043
Д.А. Чемезов
магистр, член-корреспондент Международной Академии теоретических и прикладных наук
(Казахстан), преподаватель Владимирский индустриальный колледж, Россия
ПРОЦЕСС ВЫТЯЖКИ С УТОНЕНИЕМ СТЕНКИ ПОЛУФАБРИКАТА
Аннотация
В статье рассматривается процесс пластической деформации предварительно обработанной цилиндрической полой заготовки в условиях вытяжки с принудительным уменьшением боковой стенки. Получены зависимости величины усилия вытяжки детали от изменения толщины боковой стенки полуфабриката.
Ключевые слова
Полуфабрикат, вытяжка с утонением, пуансон, матрица, толщина стенки.
D.A. Chemezov
master, corresponding member of International Academy of Theoretical and Applied Sciences (Kazakhstan),
lecturer
Vladimir Industrial College, Russia THE PROCESS OF DRAWING WITH WALL THINNING OF THE SEMI-FINISHED PRODUCT
Abstract
The article is discussed the process of plastic deformation of the pre-machined cylindrical hollow workpiece in conditions of the drawing with a forced reduction of the side wall. The dependencies of the drawing force of a part from the change of side wall thickness of the semi-finished product are obtained.
Keywords
Semi-finished product, drawing with wall thinning, punch, die, wall thickness.
Вытяжка с утонением представляет собой процесс пластической деформации материала, при которой изменяются размеры исходной предварительно обработанной заготовки [1]. Принудительно уменьшается толщина боковых стенок (толщина дна не изменяется) с одновременным увеличением общей длины пустотелой заготовки, т.е. возможна экономия материала при обработке до 20%. Размер внутреннего диаметра исходной заготовки и готовой пустотелой детали не изменяется. Вытяжку с утонением выполняют без специальных прижимных приспособлений [2; 3; 4; 5] (например, складкодержателя). Вытяжка без утонения сопровождается изменением формы листовой заготовки и незначительным уменьшением стенок готовой детали [6].
Степень деформации боковой стенки при вытяжке с утонением характеризуется коэффициентом вытяжки K = So /Si, где So - толщина боковой стенки исходной заготовки, мм; Si - толщина боковой стенки обработанной детали, мм. Между контактными поверхностями (наружными и внутренними) обрабатываемой заготовки, пуансона и матрицы отсутствует зазор. Материал заготовки испытывает большие напряжения вследствие силы трения и значительных сдвиговых пластических деформаций. Происходит упрочнение поверхностных слоев обработанного давлением материала. Совокупность всех этих факторов может привести к обрыву заготовки в месте опасного сечения (формирующий конический участок рабочего отверстия матрицы).
Определение характера деформации материала полуфабриката в зоне интенсивного пластического деформирования и необходимого усилия, прилагаемого на пуансон посредством компьютерного моделирования, позволит выбрать наиболее рациональные режимы обработки процесса вытяжки с
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070_
утонением и конфигурацию формообразующих инструментов штампа.
Моделирование процесса вытяжки с утонением стенки полуфабриката в 1.5, 1.75 и 2.0 раза выполнялось в компьютерной программе LS-DYNA. Объектами исследования являлись построенные трехмерные твердотельные модели пустотелых заготовок, пуансонов и матриц.
Модель исходной заготовки имела форму стакана с постоянной толщиной стенок. Высота заготовки принималась величиной 50 мм, наружный диаметр - 55 мм, внутренний диаметр - 45 мм. Толщина стенки полуфабриката - 5 мм. Между дном и стенкой полуфабриката выполнялся радиус закругления величиной 3 мм. Наружная фаска величиной 6 х 30° со стороны обработки снижает концентрацию напряжений в материале в начале вытяжки. Расчетная длина модели вытяжного пуансона составила не менее двух длин заготовки (100 мм). Наружный диаметр пуансона величиной 45 мм выполняет функцию формирования (калибрования) внутренней полости детали. Радиус закругления на рабочей части пуансона принят величиной 3 мм. Матрица, высотой 50 мм, имела сквозное ступенчатое отверстие с цилиндрическими и коническими участками. Конические участки (формирующая зона) имели длины от 15.55 мм до 18.66 мм и постоянный угол конуса 30°. Диаметры калибрующей зоны матрицы принимались величинами 51.666 мм (при K = 1.5), 50.714 мм (при K = 1.75) и 50 мм (K = 2.0). В местах перехода конического участка в цилиндрические выполнялись радиусы закругления величинами 3 мм.
Модели матриц и пуансонов принимались жесткими телами, которые в процессе моделирования технологического процесса вытяжки с утонением не деформировались (карта *MAT_RIGID). Пуансон перемещался вдоль оси неподвижной матрицы без задания усилия. Для полуфабриката выбрана модель материала *MAT_PLASTIC_KINEMATIC (конструкционная сталь). Эта модель предусматривает возможность расчета изотропного и кинематического упрочнения пластичного материала заготовки со следующими физико-механическими свойствами: массовая плотность - 7850 кг/м3, модуль Юнга - 200 ГПа, коэффициент Пуассона - 0.3, предел текучести - 250 МПа, касательный модуль - 950 МПа. Специальной картой *CONTACT_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE был задан контакт типа «поверхность -поверхность» без разрушения.
Модель полуфабриката была разбита на 55334 конечных элемента. Размер элемента составил 0.0015 м при высоком сглаживании узлов.
Схемы процесса вытяжки с утонением и характер деформирования материала полуфабрикатов представлены на рис.1.
а) б) в)
Рисунок 1 - Обработка полуфабрикатов давлением при различных коэффициентах вытяжки: а - Бо / Б} =
1.5, б - Бо / Б} = 1.75, в - Бо / Б1 = 2.0
Полуфабрикат перемещается вдоль оси ступенчатого отверстия матрицы. За счет усилия, приложенного на пуансон, происходит сжатие наружного диаметра полуфабриката на коническом участке матрицы. Степень деформации материала полуфабриката (модель синего цвета) можно представить по
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070_
изменению формы конечных элементов (сеточное разбиение). Элементы удлиняются в направлении движения пуансона. Наибольшее удлинение элементов боковой стенки полуфабрикатов наблюдается в калибрующем отверстии матрицы и, в частности, при вытяжке по третьей схеме. По мере продавливания заготовки через рабочее отверстие матрицы напряжение в материале увеличивается. Толщина дна полуфабриката практически не изменяется на всех схемах вытяжки.
Зависимости усилия вытяжки с утонением стенки полуфабриката от времени обработки представлены на рис. 2.
1
Ц
I 0,6
н А
« 0,4
¡0,2 к*
0
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 Время, с
Рисунок 2 - Зависимости усилия вытяжки с утонением стенки полуфабриката от времени обработки: 1 - Бо
/ Бг = 1.5, 2 - Бо / Бг = 1.75, 3 - Бо / Бг = 2.0
Характер изменения усилия вытяжки представлен линейными возрастающими функциями. Потребная величина усилия вытяжки с утонением боковой стенки полуфабриката в 1.5 раза составила не менее 0.4 кН, с утонением в 1.75 раз - не менее 0.82 кН и с утонением в 2 раза - не менее 0.95 кН.
Направление и величина скорости деформации материала полуфабриката представлены на рис. 3.
Скорость деформации представляет собой изменение степени деформации в единицу времени. На эпюре стрелками показано направление деформации материала боковой стенки. Цвет стрелки указывает на величину скорости деформации материала. Отмечено, что наибольшая скорость деформации материала возникает в области дна полуфабриката (ближе к оси интенсивность увеличивается), так как здесь происходит непосредственное давление торцевой поверхностью вытяжного пуансона. На переходе конического участка в цилиндрический участок наблюдается деформация в поверхностных слоях материала боковой стенки на глубине до 1 мм. Уменьшение толщины боковой стенки в два раза не приводит к возникновению критических напряжений на участках заготовки, способствующих разрушению материала.
Рисунок 3 - Эпюра векторов скоростей деформации материала в продольном сечении модели
полуфабриката (Бо / Бг = 2.0)
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №7-8/2016 ISSN 2410-6070_
На основании проведенного анализа результатов исследования процесса вытяжки с различным утонением боковой стенки полуфабриката можно сделать следующие выводы:
1. За счет отсутствия зазора между поверхностями формообразующих деталей штампа и поверхностью полуфабриката на обработанной детали не образуются складки (гофрообразование).
2. Погрешность расчетных значений усилий вытяжки с утонением составляет не более 10%, тем самым их можно принять при выборе режимов обработки в реальных производственных условиях.
3. Уменьшение величины угла конуса в рабочем отверстии матрицы приводит к увеличению площади контакта поверхности заготовки в зоне интенсивной пластической деформации материала и, следовательно, к увеличению усилия вытяжки.
Список использованной литературы:
1. Вытяжка цилиндрических деталей с утонением стенки [Электронный ресурс]. Режим доступа: http: //www .pyanson. su/07.php
2. Чемезов Д.А., Селиверстов В.С., Кондраков А.А. Процесс гофрообразования на фланце деформируемой листовой заготовки. // Журнал научных и прикладных исследований, №10, 2015, Уфа. С. 79 - 81.
3. Чемезов Д.А., Селиверстов В.С. Интенсивность гофрообразования на фланце деформируемой листовой заготовки толщиной 1 - 5 мм. // Системная инженерия, №2, 2015, Ижевск. С. 71 - 76.
4. Chemezov D.A. (2015) The research of the shallow drawing process of the plate stock. ISJ Theoretical & Applied Science 10 (30): 11-15. Doi: 10.15863/TAS.2015.10.30.4
5. Chemezov D.A., Seliverstov V.S., Komisar A.S., Zezina N.A., Tyurina S.I. (2015) Stamping of the plate stock with blank holder: the character of the material deformation and calculation of the coefficient of elongation. ISJ Theoretical & Applied Science 11 (31): 101-107. Doi: 10.15863/TAS.2015.11.31.16
6. Chemezov D.A. (2015) Changing the wall thickness of the hollow detail during a shallow drawing of the plate stock. ISJ Theoretical & Applied Science 12 (32): 34-37. Doi: 10.15863/TAS.2015.12.32.5
© Чемезов Д. А., 2016
УДК 662.997
А.А. Шаймарданов
магистр 2 курс кафедры «Промышленная теплоэнергетика» ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»
г. Уфа, российская Федерация В.В.Репин
к.т.н., доцент кафедры «Промышленная теплоэнергетика» ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»
г. Уфа, российская Федерация
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЛОСКИХ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ ДЛЯ ОТОПЛЕНИЯ НА
ТЕРРИТОРИИ БАШКОРТОСТАНА
Аннотация
Предложено использовать солнечную энергию для нужд отопления на территории Башкортостана. В качестве приёмника солнечной энергии был выбран плоский солнечный коллектор. Для данного солнечного коллектора была рассчитана эффективность его использования по сравнению с электрическим нагревателем.
Плоский солнечный коллектор может быть использован для нужд отопления на территории Башкортостана с апреля по ноябрь с коэффициентом замещения около 0,7. С декабря по март использование плоского солнечного коллектора не эффективна на территории Башкортостана.
Ключевые слова Солнечная энергия, солнечный коллектор, отопление.
