CC BY
5
УДК 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-11-361-362
РАЗРАБОТКА НОВОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИМПУЛЬСНОЙ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ
Л.В. Каркач
В последние годы все большее внимание уделяется импульсным методам обработки металлических изделий, которые основаны на использовании импульсной энергии и позволяют достичь высокой скорости и точности штамповки. Так в настоящее время активно используется магнитно-импульсная обработка металлов, которая основана на использовании импульсного магнитного поля. Такая технология имеет ряд недостатков, которые описаны и рассмотрены в данной статье. Также описываются основные направления применения магнитно-импульсных технологий в контексте штамповки. Также в работе предложена новая конструкция устройства для листовой штамповки, которая основана на создании рабочего хода за счет импульсного магнитного поля. Приводится сама конструкция, описываются ее особенности и преимущества нового подхода для штамповки металлических изделий. Делаются выводы о возможностях и перспективах использования нового устройства.
Ключевые слова: магнитно-импульсная обработка металлов, штамповочное производство, новое устройство, магнитное поле, импульсная штамповка, листовая штамповка.
В последние годы все большее внимание уделяется импульсным методам обработки металлических изделий [1]. Эти методы основаны на использовании импульсной энергии и позволяют достичь высокой скорости и точности обработки [2]. Их особенностью является применение высокого давления для формирования металлических изделий, при этом давление может быть разной природы, так выделяют несколько видов такой штамповки [3-4]:
- Магнитно-импульсная обработка за счет энергии магнитного поля.
- Штамповка взрывом за счет энергии газов.
- Штамповка газовой смесью.
- Электрогидравлическая штамповка за счет давления, создаваемого жидкость при создании в ней разряда электрического тока.
Магнитно-импульсная обработка металла (МИОМ) — это современный метод обработки металлов, который основан дна том, что давление на металлическую формоизменяемую заготовку создается за счет воздействия магнитного поля [5-6]. МИОМ применяется в различных отраслях, таких как автомобильное производство, аэрокосмическая отрасль, машиностроение и другие. МИОМ основана на мгновенном разряде электроэнергии, накопленной в батарее, через индуктор, при этом заготовку помещают в большинстве случае на оправку или внутрь оправки [7-8]. В результате получаемой кинетической энергии, материал принимает форму оправки, точно повторяя ее контуры. Чаще всего с помощью МИОМ выполняются такие операции как обжим, раздача, сборка [9].
Этот метод позволяет создавать продукцию с минимальным уровнем отклонений от заданных размеров и форм. Кроме того, МИОМ обладает высокой производительностью, обеспечивая ускоренный цикл обработки, что является важным фактором для массового производства. Еще одним преимуществом МИОМ является возможность формирования сложных геометрических форм, которые традиционные методы штамповки или литья не могут обеспечить. Важным преимуществом МИОМ является его экономическая эффективность. Метод позволяет в некоторых случаях сократить количество необходимых операций обработки металла, что в свою очередь снижает затраты на производство. Однако, несмотря на все преимущества, МИОМ также имеет свои недостатки и ограничения. Он неприменим для обработки некоторых металлов, в том числе отсутствует возможность или технология слишком сложна для осуществления вырубки, пробивки, глубокой вытяжки, гибки и некоторых других операций.
3 25 24 13 9
Рис. 1. Схема устройства
361
Известия ТулГУ. Технические науки. 2023. Вып. 11
Поэтому было разработано новое устройство, которое позволяет за счет исполнительного динамического механизма, через который проходит разряд электрического тока, осуществлять одновременно несколько операций (рис. 1, рис. 2) [10]. На данное устройство был получен патент на полезную модель, в котором указаны конструктивные особенности технического решения [10]: «содержит нижнюю плиту 1 и верхнюю промежуточную плиту 2, стойки 3 с закрепленной на них винтами 4 верхнюю плиту 5. На нижней ступени стоек 3 расположена с возможностью перемещения подпружиненная нижняя промежуточная плита 6. Верхняя промежуточная плита 2 и подпружиненная нижняя промежуточная плита 6 связаны тягами 7 посредством осей 8 и 9. Кроме того, на осях 8 и 10 установлены двуплечие рычаги 11. На нижней плите 1 закреплены винтами 12 упоры 13, матрица 14, например для вырубки. На подпружиненной нижней промежуточной плите 6 закреплен пуансонодержа-тель 15 с пуансоном 16, прокладка 17. Между подпружиненной нижней промежуточной плитой 6 и нижней плитой 1 на нижней ступени стойки 3 установлены пружины 18. На верхней плите 5 винтами 19 зафиксирована опорная плита 20, и исполнительный динамический механизм 21, матрица 22, например, для обжима. На верхней промежуточной плите 2 винтами 23 закреплен пуансонодержатель 24 и пуансон 25.» [10].
В целом устройство работает за счет исполнительного динамического механизма, вместо привычно неподвижного индуктора. Так при разряде в механизме происходит взаимное отталкивание друг от друга его частей, что приводит все устройство в движение, и осуществляется передача движения в конечном счете на пунсоны, которые расположены в верхней и нижней частях устройства.
23 14 2 9
Таким образом за счет рычажной системы происходит передача кинетической энергии сразу на два инструмента, что позволяет не только увеличить производительность, но и осуществлять формоизменяющие и разделительные операции, такие как вырубка, пробивка, гибка, вытяжка, обжим, раздача и другие виды листовой штамповки, при этом также важным достоинством устройства является возможность штамповать листовые заготовки из практически любых материалов.
Список литературы
1. Овчаренко А. Г., Козлюк А. Ю. Эффективная магнитно-импульсная обработка металлорежущего инструмента // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2009. № 1(42). С. 4-7. EDN JYAMAJ.
2. Степанов В.Г., Шавров И.А. Высокоэнергетические импульсные методы обработки металлов. Л., Машиностроение, 1975. 278 с.
3. Баранов М. И. Прогрессивные импульсные технологии обработки материалов: история, физические основы и технические возможности // Электротехника и электромеханика. 2009. № 1. С. 42-51. EDN QCPABC.
4. Технология магнитно-импульсной обработки материалов / В. А. Глущенков [и др.]. Самара: Издательский дом «Федоров», 2014. 208 с.
5. Батыгин Ю. В., Сериков Г. С., Чаплыгин Е. А. Реализация и перспективы магнитно-импульсных методов в развитии передовых технологий современности // Автомобильный транспорт (Харьков). 2006. № 18. С. 83-87. EDN NCDPSX.
6. Батыгин Ю.В., Лавинский В.И. Магнитно-импульсная обработка металлов. Харьков. МОСТ-Торнадо,
2002. 228с.
7. Кухарь В. Д., Маленичев Е. С. Разработка математических моделей для анализа процессов магнитно-импульсной штамповки продольных выступов на трубчатых деталях // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. № 1. С. 218-223. EDN У1СШР.
8. Яковлев С. С., Яковлев Б. С. Новые устройства для осуществления штамповки импульсным магнитным полем // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. № 4. С. 475-478. EDN EFCOVZ.
9. Глущенков В.А., Стукалов С.А. Особенности магнитно-импульсной штамповки тонкостенных трубчатых деталей сложной формы // Кузнечно-штамповочное производство. 1966. № 10. С. 18-23.
10. Патент № 215915 Российская Федерация, B21D 26/14 (2006.01). Устройство для магнитно-импульсной штамповки : № 2022122710: заявл. 22.08.2022 : опубл. 09.01.2023, Бюл. № 1 / Коротков В.А., Яковлев С.С., Гасанов А.И., Каркач К.А.
Каркач Леонид Витальевич, магистрант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Научный руководитель: Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доцент, Россия, Тула, Тульский государственный университет
DEVELOPMENT OF A NEW DEVICE FOR PULSE SHEET STAMPING
L. V. Karkach
In recent years, increasing attention has been paid to pulsed processing methods of metal products, which are based on the use of pulsed energy and allow achieving high speed and accuracy of stamping. Thus, magnetic-pulse processing of metals, which is based on the use of a pulsed magnetic field, is currently actively used. This technology has a number of disadvantages, which are described and discussed in this article. The main areas of application of magnetic pulse technologies in the context of stamping are also described. The work also proposes a new design of a device for sheet stamping, which is based on the creation of a working stroke due to a pulsed magnetic field. The design itself is presented, its features and the advantages of a new approach for stamping metal products are described. Conclusions are drawn about the possibilities and prospects for using the new device.
Key words: magnetic pulse processing of metals, stamping production, new device, magnetic field, pulse stamping, sheet stamping.
Karkach Leonid Vitalevich, undergraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Scientific advisor: Pasynkov Andrej Aleksandrovich, candidate of technical science, docent, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.98:539.376
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-11-363-364
ВЕРХНЕГРАНИЧНЫЙ РАСЧЕТ ДЕФОРМАЦИОННЫХ И СИЛОВЫХ РЕЖИМОВ ОСАДКИ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ЗАГОТОВОК ПРИ СВАРКЕ ДАВЛЕНИЕМ
С.Н. Ларин, П.В. Романов
Технология сварки давлением применяется при создании монолитного соединения элементов, образующих единую конструкцию путем пластической осадки входящих в ее состав элементов. Данная технология особенно эффективна при изготовлении сложных изделий, выполненных из высокопрочных труднодеформируемых материалов, например, алюминиевых и титановых сплавов. В работе приведена математическая модель расчета энергетическим методом величины давления горячей осадки заготовок при сварке давлением. Принята осесимметрич-ная схема деформирования. Предполагается, что осадка осуществляется в условиях жестко-пластичности. Выполнен учет нестационарности деформирования, связанный с поворотом линий разрыва скорости. Приведены расчетные данные и результаты расчетов.
Ключевые слова: осадка, давление, деформации, мощность деформирования.
При сборке изделий специального назначения из труднодеформируемых материалов часто применяют технологию сварки давлением входящих в них деталей [1-4]. Процесс сварки давлением реализуется с нагревом в диапазоне температур 0,4...0,6 Тт , т.е. в твердой фазе, что обеспечивает получение качественного соединения
элементов конструкции с повышенной прочностью и герметичностью [5-6]. Процесс сварки включает в себя два этапа: пластическое сжатие деталей (осадка) и выдержка под давлением (ползучесть).
Схема процесса формоизменения приведена на рис. 1, а. Осадка осуществляется кратковременно, материал заготовок, входящих в конструкцию, жестко-пластичный, его состоянию соответствует уравнение
се = Ае%, (1)
где с е, 8 е - эквивалентное напряжение и деформации; А, т - константы упрочнения материала определяемые экспериментально.
Для расчета режимов осадки воспользуемся энергетическим методом, широко используемым в теории обработки материалов давлением [3]. В соответствии с этим методом справедлива верхнеграничная теорема, которая выражается энергетическим уравнением равновесия
N < Ыд Ыр . (2)
Здесь N, Nд , Nр - соответственно величины мощностей: внешних сил, деформирования и на разрывных поверхностях.
