CC BY
13
THE INFLUENCE OF THE TAPER OF THE MATRIX ON THE CRIMPING FORCE OF A STEEL PIPE BILLET WITH THINNING OF THE WALL
S.N. Larin, V.I. Platonov, G.A. Nuzhdin
The operation of crimping a steel pipe billet with a matrix with a conical working surface is considered. It was assumed that at the exit from the focus of plastic deformation, the blank wall undergoes thinning. The influence of the taper angle of the matrix on the change in the deformation force is analyzed.
Key words: pressure treatment, crimping, force, combined operation.
Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Platonov Valeriy Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Nuzhdin Georgiy Anatolievich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Moscow, Certification body of NUSTMISIS
УДК 621.762 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-2-486-498
РАСШИРЕНИЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ХОЛОДНОЙ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ДЕТАЛЕЙ ТИПА ГЛУБОКИХ
СТАКАНОВ И ВТУЛОК
А.М. Дмитриев, Н.В. Коробова, Н.С. Толмачев
Приведена последовательность расчетов при оценке возможности производства стальных стаканов и глубоких втулок холодной объемной штамповкой. Показано, что даже при правильных проектных расчетах, возможность применения холодной объемной штамповки ограничена неравномерностью контактного трения, приводящей к разностенности изделий. Экспериментально доказано, что при двухканальном течении выдавливаемого металла разностенность отсутствует. Приведены результаты исследования удельных сил и формообразования изделия при двухканальном выдавливании деталей в виде соосных сдвоенных втулок. Для таких деталей исследовано выдавливание с активно направленными напряжениями контактного трения между заготовкой и инструментом. Приведена конструкция специализированного пресса, рекомендуемого для выдавливания деталей рассмотренного типа.
Ключевые слова: стаканы глубокие стальные, втулки глубокие стальные, выдавливание холодное, устранение разнотолщинности стенок, комбинированная деталь из двух представителей, изменение направления напряжений контактного трения, специализированные гидропрессы.
В данной статье при сопоставлении технологий горячей штамповки, холодной листовой штамповки и холодной объемной штамповки (ХОШ) заготовок из металлов и сплавов, в первую очередь, рассматриваются не явления, происходящие в структуре деформируемых заготовок, а практические задачи, решаемые технологами при проектировании процессов штамповки. Эти задачи, в частности, сводятся к проведению расчетов критических параметров, ограничивающих возможности сопоставляемых технологий.
При горячей штамповке, которую применяют при производстве крупногабаритных стальных стаканов, имеющих большую высоту, к таким параметрам относится необходимая для штамповки сила пресса. При этом, вследствие необходимости большого хода ползуна пресса и больших размеров штампового пространства пресса, при применении стандартных гидравлических, а тем более кривошипных, прессов может потребоваться выбор пресса с большим превышением его номинальной силы, по сравнению с рассчитанной силой, необходимой для деформирования заготовки. Такой пресс будет работать с невысоким КПД, что является существенным недостатком в условиях крупносерийного производства. При крупносерийном производстве однотипных деталей целесообразны разработка и создание специализированного пресса (или серии однотипных специализированных прессов). При создании специализированно пресса целесообразно предусмотреть при его работе циклы перемещения штампового инструмента, позволяющие уменьшить разностенность штампуемых стаканов, как это описано в работе [1].
При холодной листовой штамповке к критическим параметрам, ограничивающим применение этой технологии для производства глубоких стаканов, относится анизотропия свойств листовых заготовок. Такая анизотропия приводит не только к образованию фестонов на кромке стенки штампуемого стакана. Вытекающий в гребешки этих фестонов металл формируется вследствие утонения стенки штампуемого стакана в ее поперечном сечении, в месте, расположенном под этим фестоном. Таким образом, стакан имеет неравномерную по окружности его поперечного сечения толщину стенки. Это приводит к разрыву стенки вытягиваемого из заготовки стакана. Создание метода расчета критической анизотропии свойств исходных для листовой штамповки заготовок, а также расчета и технологического обеспечения в исходных листах заданной анизотропии, противодействующей утонению заготовок при штамповке, является важной научной проблемой, решение которой изложено в работе [2]. Здесь отметим только, что при листовой штамповке величина деформирующей заготовку силы не является критическим показателем, ограничивающим применение технологии. Как следствие этого, сила листоштамповочного пресса не определяет возможность листовой штамповки деталей типа стакана из листовых заготовок.
Холодной объемной штамповкой (ХОШ) изготавливают детали типа глубоких втулок и стаканов, имеющих массу не более 5 килограммов. Несмотря на большое сопротивление металлов и сплавов в холодном состоянии ХОШ, вследствие ограниченной массы изготавливаемых деталей, сила пресса, выбираемая на основании рассчитанной силы выдавливания, не является фактором, ограничивающим применение технологии. Среди стандартно выпускаемых прессостроительными предприятиями змож-но подобрать прессы с достаточной для ХОШ таких деталей силой.
Отметим, что ХОШ имеет преимущества перед горячей штамповкой в том, что отсутствует окалина, можно изготавливать штампованную деталь, имеющую минимальные припуски и нуждающуюся лишь в незначительных доводочных операциях. При ХОШ в штамповочных цехах отсутствуют нагревательные устройства и горячий металл, что существенно повышает культуру труда. Кроме того, процесс ХОШ легче механизировать и автоматизировать, чем процесс горячей штамповки.
ХОШ сопровождается упрочнением материала заготовки, что также может рассматриваться как преимущество, если из малоуглеродистой стали требуется изготавливать детали, обладающие высокой прочностью [3]. Упрочнение при ХОШ заготовки, являющейся поликристаллическим телом, как и при холодной деформации отдельных зерен, происходит вследствие возрастания количества внутризеренных нарушений кристаллической решетки и увеличения сопротивления заготовки пластической деформации. Следовательно, упрочнение при ХОШ объясняется физическими процессами в материале заготовки, в отличие от химических процессов, происходящих при термической обработке горячештампованной поковки.
ХОШ имеет два основных недостатка. Первый - это невысокая пластичность заготовок, поскольку рекристаллизация при отсутствует, и существенные межзеренные деформации вызывают разрушение заготовки. Формоизменение, происходящее в результате внутризеренных деформаций, помимо ограничения пластичности, приводит к анизотропии механических свойств изготавливаемых. Второй - очень большая величина удельной силы, которую необходимо приложить к заготовке со стороны инструмента, чтобы привести заготовку в пластическое состояние и осуществить ее формоизменение.
Помимо указанных выше недостатков ХОШ, она является операцией, существенно зависимой от технологической наследственности [4] материала заготовки, поступающего на штамповку. Отметим, что значительная часть заводов, на которых применяют ХОШ, находится в Южно-Уральском регионе и активно контактирует с Магнитогорским металлургическим комбинатом для совместного усовершенствования качества поступающих на ХОШ прокатанных прутков.
Поскольку деформирующая заготовку сила передается через штамповый инструмент, в котором наиболее нагруженным элементом при штамповке детали типа стакана является выдавливающий полость в заготовке пуансон, возможность осуществления ХОШ определяется удельной силой (усредненным напряжением), действующим в рабочей части этого пуансона. Удельная сила определяется как сила, необходимая для деформирования заготовки, деленная на площадь сечения пуансона, перпендикулярного действию деформирующей силы.
Величина удельной деформирующей заготовку силы зависит от напряжения текучести материала заготовки а^, определяемого по кривым упрочнения (рис. 1).
6$ , М Щ
700 500 300 100 С
I 0,2 0,4 0,6 е,
Рис. 1. Кривая упрочнения стали 10 после нагрева до 680 ... 700 0С, выдержки 3 ч, охлаждения с печью
Напряжение а^ надо создать и поддерживать в заготовке, чтобы осуществлялось ее непрерывное формоизменение, несмотря на происходящее упрочнение ее зерен. Удельная деформирующая сила д при ХОШ определяется как произведение а^ на функцию, значение которой составляет несколько единиц (для деталей рассматриваемого в статье типа не менее 3,0). Указанная функция определена разными учеными в результате проведенных ими теоретических и экспериментальных исследований.
По оси абсцисс графика на рис. 1 отложена величина степени деформации заготовки. Степень деформации изменяется в ходе формоизменяющей операции, что можно строго оценить с использованием методики, приведенной в работе [5].
Несмотря на ценность рекомендации, данной в указанной работе, о необходимости учета накопления деформации по ходу внедрения пуансона в заготовку, не учтенных приведенной ниже формулой, эта формула дает достаточно хороший результат по оценке величины степени деформации при ХОШ деталей типа стаканов:
е = [Рзаг - (Рзаг - ^пол)] / Fзaг = & / В1 , (1)
где ¥заг - площадь поперечного сечения заготовки; ¥пол - площадь поперечного сечения выдавленной полости стакана; В - внешний диаметр стакана, равный диаметру заготовки; й - внутренний диаметр стакана.
После определения q оценивают сопротивление пуансонов усталости. На рис. 2 приведена кривая сопротивления усталости деформирующих заготовки пуансонов, изготовленных из сталей Р9, Р18 и Р6М5 и закаленных на 61...63 ИКС. Эта кривая построена на основании экспертных оценок, собранных авторами данной статьи на протяжении нескольких десятков лет и приведенной в работе [6]. По этой кривой можно определить, во сколько раз увеличится сопротивление пуансона усталости при снижении удельной силы ХОШ, например, на 10 %.
Рис. 2. Кривая сопротивления пуансонов усталости: ^ - удельная сила;
N — количество циклов нагружения, которое может выдержать пуансон
При попытках подвергать ХОШ заготовки из среднеуглеродистых и существенно легированных сталей удельная сила, действующая на пуансон, превышает 2500 МПа, и его сопротивление усталости становится неудовлетворительным.
Помимо недостаточного сопротивления пуансона усталости возможность ХОШ может быть ограничена разрушением заготовки, начинающимся с трещинообра-зования.
Будет ли возможность реализации ХОШ ограничена разрушением заготовки или недостаточным сопротивлением пуансона усталости (в предельном состоянии - его прочностью), зависит от величины гидростатического давления в очаге пластической деформации, при котором осуществляется требуемое формоизменение заготовки.
Гидростатическое давление - это среднее нормальное напряжение в рассматриваемой точке очага пластической деформации заготовки. Термин применяют, если алгебраически величина этого среднего напряжения отрицательна.
Чем больше величина гидростатического давления, тем сильнее зерна прижаты друг к другу и тем меньше возможность протекания межзеренных деформаций. Как следствие, возможно достижение существенного формоизменения заготовки при ХОШ за счет внутризеренных деформаций без образования и развития микротрещин по границам зерен. Однако увеличение гидростатического давления приводит к увеличению удельной силы, требуемой для осуществления формоизменения, и ограничению применения ХОШ из-за недостаточного сопротивления пуансонов усталости.
Опыт авторов данной статьи показывает, что возможность холодного выдавливания деталей типа стаканов, имеющих отношение диаметра внешней поверхности к диаметру полости в диапазоне 1,3...1,5, ограничивается величиной удельной силы на выдавливающем полость в заготовке пуансоне. Однако при этом приходится решать проблемы качества изготавливаемых ХОШ деталей, не связанные с величиной гидростатического давления.
Цель и задачи публикации. Целью данной статьи является описание варианта решения одной из наиболее трудно решаемых проблем, имеющих место при холодном выдавливании деталей типа глубоких стаканов. Это задача недопущения отклонения пуансона от оси матрицы на заключительном этапе деформирования заготовки, когда нарушается равномерность контактного трения между поверхностью пуансона и материалом заготовки. Это происходит, даже при отсутствии упомянутых выше дефектов
структуры исходного прутка, вследствие неодинакового расходования ресурса смазочного слоя в выдавливаемой полости заготовки. При этом имеющий большую длину пуансон изгибается в пределах только своей упругой деформации. Величины внешнего и внутреннего диаметров поверхностей стенки стакана остаются в пределах назначенных для них, как правило, весьма жестких допусков. Однако деталь теряет свое качество, поскольку вблизи дна выдавленной полости образуется разнотолщинность по окружности стенок детали.
Одновременно с рассмотрением и решением указанной выше проблемы авторы статьи решают традиционную для их публикаций проблему уменьшения удельной силы на пуансоне, выдавливающем полость у детали, и увеличения таким образом сопротивления пуансона усталости. Решение этой проблемы в данной статье завершается описанием конструкции созданного по чертежам авторов специализированного гидропресса, поскольку создание специализированного оборудования при крупносерийном и массовом производствах однотипных деталей позволяет наиболее эффективно реализовать промышленное применение разработанных авторами статьи перспективных технологий.
Основная часть. Преимуществом духканального течения металла при выдавливании деталей с внутренним осевым отростком, по сравнению с выдавливанием деталей типа стаканов без внутреннего отростка, является самоцентрирование движения пуансона относительно его оси в ходе штамповки детали. Для подтверждения этого тезиса проведен следующий эксперимент.
Заготовку для выдавливания сделали состоящей из двух половинок, разрезанных в меридиональном сечении, совпадающем с осью заготовки. Одна из половинок была изготовлена из алюминиевого сплава АД1, а другая - из меди М1.
При внедрении пуансона в такую комбинированную заготовку резонно полагать, что условия неодинакового трения на половинках его торца, очень существенное различие сопротивления материала заготовки деформированию в ее поперечном сечении намного превышают такие различия, которые могут иметь место при внедрении пуансона в заготовку, изготовленную целиком из одного материала.
Результат выдавливания заготовки, комбинированной из двух материалов, приведен на рис. 3.
Рис. 3. Деталь, изготовленная из биметаллической заготовки
На фотографии видно, что в одной доле изготовленной детали деформируемый материал вытек на существенно большую высоту как в ее стенку, так и в ее отросток, по сравнению с другой долей детали. Большую высоту имеет доля детали из сплава АД1. Заметим, что сплав АД1 оказывает меньшее сопротивление пластической деформации, чем медь М1.
Объемы исходных половин заготовок из меди М1 и сплава АД1 одинаковые. Если смотреть на штампованную из комбинированной заготовки деталь сверху, то видно, что медь в тангенциальном направлении заняла больше половины поперечного се-
490
чения штампованной детали. Поскольку на часть детали из сплава Д1 осталась меньшая доля в окружной направлении, то этот сплав вытек в стенку и отросток детали на большую высоту, чем медь М1.
В то же время, толщины стенок изготовленной детали, комбинированной из двух материалов, остались постоянными по высоте. Отклонения пуансона от оси заготовки в сторону сплава ФД1, оказывающего меньшее сопротивление, не было. Таким образом, подтверждено, что схема двухканального течения материала заготовки при выдавливании детали типа стакана обладает свойством самоцентрирования пуансона относительно оси изготавливаемой детали.
Двухканальное течение металла имеет место при выдавливании деталей типа стаканов [1], а также типа сдвоенных втулок. Для управления течением металла при выдавливании таких деталей авторы статьи использовали схему деформирования заготовок с активно направленными напряжениями контактного трения, рис. 4 [7].
Уп
Рис. 4. Схема комбинированного выдавливания с активно направленными напряжениями контактного трения
На рис. 4 слева от оси инструмент находится в положении перед началом выдавливания полости в заготовке, а справа от оси - в конце выдавливания полости. Заготовка 3, имеющая осевое отверстие, в которое входит рабочая часть оправки 5, размещается в матрице 2. Пуансон 1 неподвижен, а заготовка 3 деформируется относительно него под действием контрпуансона 4, перемещающегося со скоростью Уп в направлении показанной на рисунке стрелки.
Изготовленные в результате такого выдавливания детали, имеющие внешнюю и внутреннюю цилиндрические стенки, находят применение в разных отраслях машиностроения. Примером такой детали может быть стакан с внешней стенкой, в полости которой устанавливают пружину. В этом случае выдавленная, с описываемой в статье целью, внутренняя втулка (или внутренний сплошной отросток) будет служить центрирующим элементом для нижнего торца пружины. Более интересное и перспективное технологическое решение, в котором выдавливают детали рассматриваемого типа, может быть реализовано на предприятии, выпускающем различные цепи для передачи вращения в приводах машин. В этом случае втулки для двух разных типоразмеров цепей могут быть скомбинированы в одну деталь указанного на рис. 4 типа. При выдавливании таких комбинированных деталей будет обеспечена высокая соосность внешней и внутренней поверхностей у изготавливаемых втулок. При этом за каждый рабочий ход пресса будут изготавливаться сразу две втулки: большего и меньшего диаметров.
Математические модели, описывающая соотношение высот стенок у внешней и внутренней втулок, а также позволяющая определить удельную силу выдавливания, построены в результате следующего эксперимента.
Входящие в математические модели а качестве переменных размеры втулок показаны на рис. 5.
2К
Рис. 5. Деталь типа сдвоенной втулки
На рис. 5 фактические размеры изготавливаемой детали обозначены буквами с чертой сверху. В то же время, в построенных ниже математических моделях приняты следующие относительные размеры:
» * ¥ 1 ки ^
Я = —; г = —— =1; г\ = —; п = —; Л/г = — . (2)
г г г г I
Размер АН имеет положительный знак, если длина внутренней втулки меньше длины внешней втулки, и отрицательный, если внутренняя втулка имеет большую длину, чем внешняя.
Использование относительных размеров расширяет область применения математических моделей, полученных путем обработки результатов штамповки экспериментальных образцов. Эти модели можно применять для расчета параметров выдавливания при производстве деталей с размерами, отличными от размеров экспериментальных образцов. При этом для деталей с заданными на производстве размерами следует сначала перевести их заданные размеры в относительные величины с использованием формул (2), а затем рассчитать параметры штамповки.
Помимо относительных размеров выдавливаемой детали, в качестве переменной в приведенные ниже математические модели входит величина ум (см. рис. 4), которая характеризует направление напряжений контактного трения деформируемой заготовки по матрице. Изменение на противоположное направления перемещения матрицы (на рис. 4 это направление условно обозначено ум = 0 или ум = 2) меняет направление напряжений контактного трения. В результате этого можно создать преимущественное течение металла в стенку внутренней втулки или в стенку внешней втулки у комбинированной детали и обеспечить таким образом заданное соотношение высот стенок у втулок. Значение ум = 1 соответствует выдавливанию заготовки в неподвижной матрице.
При расчете относительной удельной силы q/<5s напряжение текучести деформируемого материала заготовки определяется по кривым истинных напряжений из справочников, например [5], в зависимости от степени деформации. При выдавливании детали, чертеж которой показан на рис. 5, в отличие от формулы (1), степень деформации рассчитывается по формуле (3):
е = (\- г22)/(Я2- г22). (3)
Поскольку удельная сила q имеет размерность в МПа и напряжение текучести также в МПа, относительная удельная сила д/о«? является безразмерной величиной.
В эксперименте штамповали заготовки из стали 10. Подготовку заготовок проводили по следующей методике.
1. Изготовление на токарном станке исходных заготовок (см. рис. 4, слева, поз. 3) с шероховатостью поверхности по 8-му квалитету.
2. Отжиг заготовок по режиму: нагрев до 680 ... 700 0С, выдержка 3 ч, охлаждение с печью.
3. Травление заготовок, их фосфатирование и омыливание по стандартным методикам.
План эксперимента и методика обработки экспериментальных данных для построения приведенных ниже математических моделей опубликованы в статье [8].
В результате проведения эксперимента и обработки его результатов построены следующие математические модели:
д/о* = 18,22 Я2- 43,98 Я + 33,6 Г[2 - 24,62 Г1 - 8,06 Г22+ 2,62 Г2 -
2
- 0,17 ^ + 0,24 ^ + 34,51, (4)
22 А И = - 6,13 Я2 + 16,4 Я + 43,2 Г - 31,4 Г1 + 5,37 Г2 + 0,02 Г2 +
+ 0,17 У2м - 0,29 ^ - 5,36. (5)
На рис. 6 показаны некоторые из изготовленных экспериментальных деталей.
Рис. 6. Втулки с внешним диаметром 30 мм, изготовленные ХОШ: верхний ряд из стали 10, нижний ряд из стали 15Х
При обработке данных проведенного эксперимента [8] для каждой из 4 указанных в таблице варьируемых величин, в зависимости от уровней их варьирования, на основании полученных в опытах результатов посчитаны средние арифметические значения относительных удельных сил д/о* выдавливания и получаемые при выдавливании различия высот А И внешней и внутренней втулок у комбинированной детали. Эти средние значения приведены в табл. 1.
Усредненные по опытам значения относительных удельных сил и различий высот внешней и внутренней втулок А И детали
Величины Я Г1 Г2 V м
1,1 1,2 1,4 0,3 0,35 0,4 0 0,12 0,24 0 1 2
3,63 3,43 4,1 3,8 3,67 3,7 3,6 3,8 3,77 3,77 3,83 3,57
А И -0,16 0,07 0,17 0,12 -0,04 0,01 -0,1 -0,02 0,21 0,03 -0,09 0,14
На рис.7 приведены графики, построенные по результатам определения (см. таблицу) усредненных по опытам значения относительных удельных сил д/о* (верхний
ряд графиков) и различий высот внешней и внутренней втулок А И детали (нижний ряд графиков).
Ы& Не
Рис. 7. Зависимости величин относительной удельной силы выдавливания и различий в высотах внешней и внутренней втулок от соотношений радиальных размеров выдавливаемых деталей и направления перемещения матрицы
Рассмотрение графиков показывает, что создание активно направленных напряжений контактного трения не очень существенно влияет на величину относительной удельной силы выдавливания. Это объясняется очень малой величиной коэффициента контактного трения на границе заготовки с матрицей. Если бы, исходя из экологических требований, фосфатирование заготовок и последующее их омыливание были бы заменены, например, карцеванием заготовок, коэффициент контактного рения и, как следствие, эффект действия активно направленных напряжений контактного трения были бы выше. Однако, как следует из рис. 2, даже незначительное уменьшение удельной силы позволяет значительно увеличить сопротивление выдавливающего полость в заготовке пуансона усталости. В качестве тестирования полученных в эксперименте и показанных на рис. 7 данных отметим, что верхний левый график хорошо соответствует аналогичным графикам, полученным авторами статьи для выдавливания деталей типа стакана, не имеющего дополнительной внутренней втулки [9].
Также из рассмотрения рис. 2 следует, что даже при очень небольшом коэффициенте контактного трения, проведение выдавливания с активно направленными напряжениями контактного трения позволяет существенно изменить соотношение высот внешней и внутренней втулок. Это имеет большое значение для предприятий, которые комбинируют разные типоразмеры втулок в одну деталь с целью предотвращения разностенности выдавливаемых втулок и одновременного повышения производительности процесса.
Как уже отмечалось в начале данной статьи, для крупносерийного и массового производства однотипных деталей целесообразно создание специализированных прессов.
Авторы данной статьи на протяжении ряда лет разрабатывают конструкции специализированных гидравлических прессов, предназначенных для крупносерийного и массового производства выдавливанием цилиндрических деталей. Отдельные из разработанных конструкций были созданы и нашли практическое применение [10, 11].
Наиболее совершенная конструкция специализированного пресса, созданного по чертежам авторов данной статьи и изготовленного на специализированном предприятии, приведена на рис. 8.
Пресс содержит неподвижные верхнюю поперечину 1 и нижнюю поперечину 2, соединенные между собой колоннами 3. В верхней поперечине закреплен корпус 4 гидроцилиндра 5. Поршень 6 гидроцилиндра через шток соединен с траверсой 7. Направление траверсы 7 по колоннам 3 осуществляется направляющими втулками 8. В траверсе неподвижно закреплен верхний пуансон 9. На нижней поперечине 2 закреплен главный гидроцилиндр 10 с поршнем 11 и штоком 12 и соосно с ним расположенный вспомогательный гидроцилиндр 13, содержащий шток 12 и гильзу 14. Гильза 14 вспомогательного гидроцилиндра соединена с матрицей 16, при этом шток 12
вспомогательного гидроцилиндра 13 является одновременно штоком главного гидроцилиндра 10, а гильза 14 вспомогательного гидроцилиндра 13 установлена в полости главного гидроцилиндра 10.
Рис. 8. Гидравлический пресс тройного действия
Ниже приведена техническая характеристика показанного на рис. 8 гидравлического пресса тройного действия.
Номинальная сила рабочих ходов (МН): верхний цилиндр 8; вспомогательный цилиндр 6; главный цилиндр 8;
Номинальная сила возвратных ходов (МН):
верхний цилиндр 0,8;
вспомогательный цилиндр 0,6;
главный цилиндр 0,8;
Хода рабочих частей пресса (мм):
ход ползуна 800;
ход вспомогательного цилиндра 1400; ход главного цилиндра 1000;
Открытая высота штампового пространства (мм) 4000; Максимальная скорость рабочих органов (мм/сек): верхнего цилиндра 300; вспомогательного цилиндра 300; главного цилиндра 300;
Номинальное давление рабочей жидкости (МПа) 32;
Тип гидравлического привода: насосно-аккумуляторный;
Суммарная мощность электродвигателей (кВт) 55;
Габаритные размеры (мм):
слева-направо 3600;
спереди-назад 1900;
высота 9000;
высота над уровнем пола 6400.
Представленный пресс разработан и изготовлен в рамках государственного контракта № 11411.1003704.05.038 от 10 октября 2011 г. на выполнение научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы «Разработка и технологическое обеспечение серийного производства гаммы гидравлических прессов тройного действия с числовым программным управлением для точной объемной штамповки». Государственной комиссией разработанной конструкторской документации была присвоена литера О1.
Предложенная конструкция пресса отличается простотой изготовления и низкой металлоемкостью. Станина колонного типа наиболее рациональна с позиции низкой металлоемкости и обеспечения необходимой жесткости пресса. Упругая деформация колонн при деформировании заготовок компенсируется величиной рабочего хода пуансона с помощью системы числового программного управления. Конструкция цилиндра в цилиндре, реализованная в нижней части пресса, способствует повышению жесткости пресса и обеспечивает необходимую соосность расположения матрицы и нижнего пуансона.
Заключение. Описанное исследование показало, что при изготовлении выдавливанием деталей типа глубоких стаканов, а также глубоких втулок рационально создавать двухканальное течение металла заготовки. При двухканальном выдавливании деталей типа стаканов, имеющих внутренний осевой отросток, а также деталей в виде сдвоенных втулок, имеющих разные диаметры, обеспечивается равномерная по высоте детали толщина ее стенок. Это имеет место даже при нарушении равномерности контактного трения между пуансоном и деформируемой заготовкой.
При выдавливании комбинированной из двух втулок детали применение схем, обеспечивающих активно направленные напряжения контактного трения, позволяет управлять течением металла с целью обеспечения рациональных высот образующих деталь втулок и снижения последующих отходов металла. Также активно направленные напряжения контактного трения позволяют уменьшить удельную силу на пуансонах и повысить сопротивление пуансонов усталости. Для реализации на практике выдавливания с активно направленными напряжениями контактного трения целесообразно создавать специализированные прессы.
Созданные по чертежам авторов статьи специализированные прессы позволяют проводить исследования и выполнять на основе этих исследований реализацию технологических процессов: как в условиях научных лабораторий, так и в условиях промышленных предприятий.
Список литературы
1. Денищев Т.В., Дмитриев А.М., Коробова Н.В., Попов Н.Е. Исследование влияния технологических параметров на разностенность при комбинированном выдавливании крупногабаритных поковок типа «стакан» // Заготовительные производства в машиностроении. 2012. №2. С. 16-22.
2. Разработка и освоение укрупненной технологии производства баночной ленты (начало) и (окончание) / Ф.В. Гречников, Л.М. Коганов, В.Н. Самонин и др. // Производство проката. 2006. №8. С. 2-16.
3. Дмитриев А.М., Гречников Ф.В., Коробова Н.В., Толмачев Н.С. Использование изменения механических характеристик конструкционных углеродистых сталей при холодной объемной штамповке // Вестник машиностроения. 2015. № 4. С. 54-56.
4. Технологическая наследственность в машиностроительном производстве / А.М. Дальский, Б.М. Базров, А.С. Васильев и др.; под ред. А.М. Дальского. М.: Изд-во МАИ. 2000. 364 с.
5. Ковка и штамповка: справочник. В 4 т. Т. 3. Холодная объемная штамповка. Штамповка металлических порошков; под ред. А.М. Дмитриева. 2-е изд., перераб. и доп.; под общ. ред. Е.И. Семенова. М.: Машиностроение. 2010. 352 с.
6. Наукоемкие технологии в машиностроении / А.Г. Суслов, Б.М. Базров, В.Ф. Безъязычный и др.; под ред. А.Г. Суслова. М.: Машиностроение. 2012; Глава 3. Наукоемкие технологии при производстве заготовок обработкой давлением / В.А. Демин, А.М. Дмитриев, В Н. Субич, Н.А. Шестаков. С. 68-114.
7. Дмитриев А.М., Коробова Н.В. Расширение области применения холодной объемной штамповки созданием активных сил контактного трения // Трение и износ. 2013. №3. С. 306-314.
8. Дмитриев А.М., Коробова Н.В. Повышение эффективности холодной объемной штамповки стальных сдвоенных втулок // Сталь. 2017. №8. С. 38-41.
9. Dmitriev A.M., Korobova N.V., Yakubovskaya I.A. Increasing Punch Life in Cold Cup Extrusion with Active Friction // Russian Engineering Research, 2015, Vol. 35. No. 12. P. 896-901.
10. Коробова Н.В., Дмитриев А.М., Толмачев Н.С., Аксненко А.Ю. Исследование высокоплотных цилиндрических заготовок, сформованных на специализированных гидравлических прессах // Заготовительные производсва в машиностроении. 2015. №7. С. 15-19.
11. Дмитриев А.М., Коробова Н.В., Толмачев Н.С. Производство корпусных деталей выдавливанием, совмещенным с раздачей стенки, на специализированных гидравлических прессах // Заготовительные производства в машиностроении. 2015. №7. С. 24-26.
Дмитриев Александр Михайлович, д-р техн. наук, профессор, чл.-корр. РАН, countess. olga@gmail.com, Россия, Москва, Московский государственный технологический университет «Станкин»,
Коробова Наталья Васильевна, д-р техн. наук, доцент, заведующий кафедрой, mt-6@yandex.ru, Россия, Москва, Московский государственный технологический университет «Станкин»
Толмачев Никита Сергеевич, канд. техн. наук, заведующий лабораторией, n.tolmachevastankin.ru, Россия, Москва, Московский государственный технологический университет «Станкин» Государственный инжиниринговый центр
EXPANDING THE AREA OF COLD EXTRUSION FOR THE PRODUCTION OF PARTS SUCH AS DEEP GLASSES AND BUSHINGS
A.M. Dmitriev, N.V. Korobova, N.S. Tolmachtv
The sequence of calculations when evaluating the possibilities of producing steel glasses and deep bushings by cold extruding is given. It is shown that even with correct design calculations, the possibility of using cold extruding is limited by the non-uniformity of contact friction, which leads to the unevenness of the wall thickness in the products. It is experimentally proved that there is no the unevenness of the wall thickness in the two-channel flow of the extruded metal. The results of the study of unit forces and product shaping during two-channel extrusion ofparts in the form of coaxial double bushings are presented. For such parts, extrusion with actively directed contact friction stresses between the workpiece and the tool is investigated. The design of a specialized press recommended for extruding such parts is given.
Key words: steel deep glasses, steel deep bushings, cold extrusion, elimination of the unevenness of the wall thickness, combined part of two representatives, creation of the direction of contact friction, specialized hydraulic presses.
497
Dmitriev Alexander Mishailovich, doctor of technical sciences, professor, corresponding member RAS, countess. olga@gmail. com, Russia, Moscow, Moscow State Technological University «Stankin»,
Korobova Natalia Vasilievna, doctor of technical sciences, docent, head of department, mt-6@yandex. ru, Russia, Moscow, Moscow State Technological University «Stankin»
Tolmachev Nikita Sergeyevich, candidate of technical sciences, head of laboratory, n.tolmachevastankin.ru, Russia, Moscow, Moscow State Technological University «Stankin» State Engineering Center
УДК 621.77; 621.7.043 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-2-498-502
ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ ИЗОТЕРМИЧЕСКОМ ОБЖИМЕ
С ОСАДКОЙ ТОРЦА ЗАГОТОВКИ
А.А. Пасынков, О.Ю. Гурова
Рассмотрена операция обжима титановой оболочки в нагретом состоянии. Особенностью исследуемой операции является то, что одновременно с обжимом реализуется осадка нижнего торца заготовки. Установлено влияние скорости деформирования и степени деформации на напряженное состояние изделий при реализации рассматриваемого процесса.
Ключевые слова: совмещенный процесс, обжим, высадка, набор утолщений, горячее деформирование.
При соединении различных участков трубопроводов рациональным является использование сварки [1-4]. Для обеспечения качественной сварки различных участков трубопроводов необходимо наличие утолщений на соединяемых элементах. Особенно это актуально для тонкостенных труб. В статье рассмотрена операция одновременного обжима трубы из сплава ВТ6 с набором утолщения на нижнем торце. Исследование выполнялось на базе компьютерного моделирования с использованием программы DEFORM. Исследовалось изменения напряженного состояния при разных температурных режимах деформирования, диапазон которых 20...930°С . Заготовка имела диаметр D0 = 80 мм и толщину стенки t = 5 мм. Высота трубы 150 мм. На рис. 1 представлена
схема обжима с формированием утолщений на торце заготовки.
В статье уделено внимание оценке влияния режимов формообразования на напряжения в заготовке. Ввиду характеристик материала это особенно актуально, так как в объеме заготовки в процессе деформирования возможно возникновение растягивающих напряжений, близких к критическим. Поэтому исследовано влияние скорости деформирования, степени деформации, температурных режимов на напряженное состояние изделий при реализации рассматриваемого процесса. На рис. 2 представлены сечения заготовки на разных этапах формоизменения. Схемы на данном рисунке демонстрируют изменение напряженного состояния в процессе деформирования, позволяют оценить характер напряжений и их значения. По результатам расчетов установили, что при холодном формоизменении в целом напряженное состояние изделия на этапах деформирования практически равномерное. На заключительных этапах деформирования в детали можно выделить несколько областей, отличающихся друг от друга величинами напряжений. Заметны зоны с сжимающими напряжениями, формирующимися на конической поверхности заготовки и зоны с растягивающими напряжениями на выходе из очага деформации, которые достигают значительных величин (500...800 МПа).
