CC BY
25
ТЕХНОЛОГИИ И МАШИНЫ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ
УДК 621.983
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-8-19-23
РАСЧЕТ СТОЙКОСТИ ШТАМПОВОГО ИНСТРУМЕНТА, ПРИМЕНЯЕМОГО ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СПЕЦИЗДЕЛИЙ
С.А. Кисвянцев, Т.А. Комарова
В данной статье приводится расчет стойкости штампового инструмента, применяемого при производстве спецзделий по эмпирическим формулам и коэффициентам, указанным в справочнике [1] «Холодная штамповка», а также предлагается вариант определения стойкости путем вычисления теоретического износа рабочих поверхностей инструмента
Ключевые слова: расчет, стойкость инструмента, штамповый инструмент, специальные изделия, калибр, матрица, пуансон.
В настоящее время основными способами определения стойкости штампов холодной штамповки являются экспериментальные исследования, а также обобщение производственного опыта.
Использование расчетно-аналитического метода основано на обобщении статистических данных. Согласно справочным данным [1] на стойкость штампа до переточки влияют толщина и химический состав исходного материала, материал рабочих частей штампа, конструкция штампа и вид операции (вырубка, вытяжка, штамповка и т.д.), степень сложности изделия, качество изготовления штампа, способы смазки штампуемого материала, состояние пресса, точность наладки и др.
На рис. 1 приведен типовой эскиз полуфабриката штамповки. Толщина стенки полуфабриката штамповки переменная и уменьшается в направлении от дна к краю. Так для 100 мм специзделия она равна 15мм у дна и уменьшается до 9,5мм у края. Примем среднюю толщину стенки полуфабриката штамповки 12 мм как заготовки для вытяжки.
В справочнике [1] приводится средняя стойкость различных типов штампов между двумя переточками. Обобщая приведенные данные, можно построить график зависимости стойкости вытяжных штампов от толщины обрабатываемого материала, одновременно достраивая его до значения толщины материала 12 мм.
Согласно существующим технологическим процессам изготовление тонкостенных изделий (полуфабрикатов) с толстым дном начинается с операции штамповка кружка.
Для толщины 12 мм (рис. 2) ориентировочная стойкость вытяжного инструмента из стали У10А ГОСТ 1435-99 составляет от 10 до 12 тыс. ударов.
На рис. 3 приведен типовой эскиз полуфабриката вытяжки (вытяжки с утонением). Исходя из опыта производства и рекомендаций руководящих материалов отрасли (РМО) в картах технологических процессов прессовых операций дополнительно
19
указавается величина допустимой разностенности. Например, для рассматриваемого 100 мм специзделия допуск на толщину стенки 5 полуфабриката предпоследней вытяжки составляет 0,4 мм, при этом разностенность не более 0,35 мм. Одновременно оговаривается значение косины полуфабрикатов вытяжки и вытяжки с утонением (1), которая составляет не более 7 и 15 мм сответственно, при общей высоте полуфабрикатов 100 и 180мм.
60
о
О 2 4 6 8 10 12 14
толщина заготовки, мм
Рис. 2. Зависимость стойкости вытяжных штампов из стали У10А ГОСТ 1435-99 от толщины заготовки
Рабочие размеры инструмента согласно РМО выполняются с допусками по Н8, Н9 для матриц и h8, h9 для пуансонов. Так для пуансонов вытяжки диаметральные размеры выполнены с допуском 0,07мм, для матриц 0,08мм. Допуск на износ также однозначно регламентирован РМО и составляет:
для матриц - 4Мзн=(1.. ,2)ДОп (от одного до двух допусков на изготовление); для пуансонов - ^^^¿п (равен допуску на изготовление), а при проведении последней и предпоследней вытяжек:
для матриц - 4Мзн=ДDп; 4Мш=0,5ДDп соответственно; для пуансонов - ^^^¿п; 4nзн=0,5Дdп соответственно.
Таким образом, точность изготовления полуфабрикатов специзделий (особенно полуфабрикатов предпоследней вытяжки, формирующей их механические свойства, и последней вытяжки, формирующей в том числе и геометрию готовых специзделий), а также допуски на изготовление вытяжного инструмента не позволяют производить его исправление с обеспечением заданного качества полуфабрикатов. Теоретическую стойкость вытяжного инструмента можно рассчитать по формуле [1]:
С!= (^И (1)
где для вытяжной матрицы для специзделий калибра 100мм: Dl - Do - разница между максимально допустимым внутренним диаметром и начальным диаметром матрицы, 0,08*1...2=0,105мм; 5' - толщина слоя по радиусу, снимаемого при каждом исправлении, принимаем ее равной допуску на изготовление 0,08/2=0,04мм; С' - стойкость до исправления по графику, 10000 ударов; ^ коэффициент снижения стойкости (на 5.10%), 0,9 [1].
Подставляя значения в формулу (1), получим С'1 = 11812 ударов (так как матрица согласно КД, не исправляется). В результате анализа операции вытяжка (вытяжка с утонением) стойкость вытяжного инструмента в производстве специзделий теоретически должна составлять 10-12тыс. ударов для матриц, 15-18 тыс. ударов для пуансонов. Следует отметить, вытяжной инструмент в преобладающем большинстве случаев выходит из строя не за счет износа, а за счет механических повреждений (сколов хрома, забоин, царапин и т.п.).
К настоящему времени разработан ряд методов расчета на изнашивание. Для абразивного и адгезинного изнашивания широко применяется закон Арчарда [2], согласно которому объемный износ V трущихся тел пропорционален пути трения S и площади контакта Аг этих тел:
У = КИ*АГ*Б (2)
Для пластического контакта это соотношение принимает вид:
1 = <3>
где Ки - коэффициент износа, ot - предел текучести, Р - сила давления одного материала на другой в трущейся паре.
К = ки!Р!£ (4)
Ки для трения металла о металл принимаем равным 1*10-5 (по данным [2] для «средней смазки»).
Расчет стойкости по методике [1], приведенный в начале статьи, дает завышенные значения стойкости вытяжного инструмента, так как применим для штамповки листового металла толщиной до 6мм в том числе вытяжки без утонения стенки.
Для сравнения теперь приведем расчет стойкости вытяжной матрицы (Рис. 4), используя закон Арчарда.
Усилие вытяжки Р из полуфабриката штамповки по техпроцессу ~ 150000кг; Таким образом, подставляя значения в (4) получим:
0,00001*150000*4 = 0,02807мм3. (5)
3*38 4 '
Одновременно, объем слоя износа определяется как для полого цилиндра:
21
7 = л:Л(й2 -г2) => г = (6)
где R - радиус внутреннего профиля матрицы = 62,6мм; h - высота пояска матрицы -4мм; г - внутренний радиус цилиндра.
pi < Ii
1
л « *г!а? и онцтр.
Рис. 4. Вытяжная матрица для специзделий
Данный объем распределяется равномерно по всей площади рабочей части матрицы в соответствии с выражением (6) определим:
|З.14*4*62.62 — 0,02807 тсппполпс гп\
г= I-= 62,59998175 мм. (7)
3.14*4 4 '
По расчету получено теоретическое изменение внутреннего радиуса матрицы за одну операцию на величину:
R-r = 62,6-62,59998175=0,00001825 мм. (8)
Допуск на износ матрицы составляет 0,08*1.. .2=0,08.. .0,16 мм на диаметр.
Количество полуфабрикатов, которое возможно изготовить на этой матрице до ее износа составит:
0,08.0,16/(0,00001825*2) = 2192.4384 шт. (9)
Полученное ориентировочное количество полуфабрикатов, прошедших через матрицу до ее износа 4384 шт. точнее отражает реальную картину стойкости инструмента при изготовлении специзделий калибром 100мм. Так, согласно данным паспортов предприятия промышленности, для вытяжных матриц количество отработанных на них полуфабрикатов до износа составило порядка 4500 шт.
С учетом изложенного, средняя теоретическая стойкость для вытяжного штам-пового инструмента в штуках полуфабрикатов составляет порядка 5000 шт.
Аналогично можно определить ориентировочную стойкость для вырубного, обжимного и штамповочного инструментов. Так, на примере штампового инструмента для изготовления специзделий калибром 100мм, она составит:
7000 шт. для вырубки;
5000 шт. для раздачи и обжима;
1000 шт. для штамповки и выдавливания.
Список литературы
1. Григорьев Л.Л., Иванов К.М., Юргенсон Э.Е. Холодная штамповка: справочник / под редакцией Григорьева Л.Л. Санкт-Петербург, «Политехника», 2011. 665 с.
2. Лужков Ю.М., Александров В.Д. Основы триботехники: учебник. М.: Московский Автомобильно-дорожный Государственный технический Университет, 2013. 375 с.
Кисвянцев Сергей Анатольевич, канд. техн. наук, ведущий инженер-конструктор, mastersee2582@gmail. com. Россия, Тула, АО ««НПО «СПЛАВ» им. А.Н. Ганичева».
Комарова Татьяна Анатольевна, ведущий инженер-конструктор, mas-tersee2582@gmail.com. Россия, Тула, АО «НПО «СПЛАВ» им. А.Н. Ганичева»
22
CALCULATION OF THE DURABILITY OF THE STAMPING TOOL USED IN THE PRODUCTION OF SPECIAL PRODUCTS
S.A. Kisvyantsev, T.A. Komarova
This article provides a calculation of the durability of a stamping tool used in the manufacture of special products according to empirical formulas and coefficients specified in the reference book [1] «Cold stamping», and also proposes an option for determining the durability by calculating wear of the working surfaces of the tool.
Key words: calculation, tool life, stamping tools, special products, caliber, matrix,
punch.
Kisvyantsev Sergey Anatolyevich, candidate of technical sciences, leading engineer, constructor, mastersee2582@gmail.com, Russia, Tula, JSCNPO SPLAVim. A.N. Ganichev,
Komarova Tatyana Anatolyevna, leading design engineer, mas-tersee2582@gmail.com, Russia, Tula, JSC NPO SPLAV im. A.N. Ganichev
УДК 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-8-23-26
КОМПЛЕКСНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРЯМОГО
ВЫДАВЛИВАНИЯ
А.В. Алексеев
Проводится исследования влияния температуры инструмента и заготовки на следующие параметры процесса прямого выдавливания: интенсивность напряжений и деформаций, средние напряжения, температуры в заготовке и инструменте.
Ключевые слова: прямое выдавливание, оценка, исследование, напряжения, деформации.
Комплексное и всестороннее исследование какого-либо процесса в ОМД позволяет получить общие и при этом необходимые сведения о рассматриваемых процессах [1-3]. Основными показателями формоизменения могут являться:
- сила формоизменения;
- температура заготовки;
- температура инструмента;
- интенсивность напряжений;
- интенсивность деформаций;
- средние напряжения.
В данной работе будет проводиться исследование описанных выше характеристик в процессе объемной штамповки металлической заготовки, а именно прямого выдавливания детали типа «Втулка» по схеме (рис. 1).
Процесс выдавливания может осуществляться при различной температуре, поэтому исследовались разные комбинации температур заготовки и инструмента, а именно рассматривались следующие варианты:
1 - температура заготовки 20°C, температура инструмента 20°C;
2 - температура заготовки 20°C, температура инструмента 600°C;
3 - температура заготовки 1100°C, температура инструмента 600°C.
23
