CC BY
10
Хван Александр Дмитриевич, д-р техн. наук, доц., директор бизнес-инкубатора, khvan@vsu.ru, Россия, Воронеж, Воронежский государственный университет
PLASTIC STABILITY OF SHEET MA TERJALS A T STRETCHING
A.D. Khvan
Results of a theoretical research of a possibility of increase in stability of sheets in the conditions of action of the stretching tension are presented in article. The solution of an objective is under construction on the basis of model of anisotropic hardening, offers by G. Bakhauz. Calculation proves a possibility of increase in critical deformation up to 75% due to nonmonotonic deformation.
Key words: critical deformation, anisotropic hardening, nonmonotonic loading, normal tension, Baushinger's effect, hereditary function, intensity of tension, the saved-up deformation
Khvan Alexander Dmitrievich, doctor of technical sciences, docent, Director of innovative business incubator, khvan@vsu.ru, Russia, Voronezh, Voronezh State University
УДК 621.98.043
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ДИСКОВЫХ ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ РЕЗОНАНСНЫХ РАЗРЯДНИКОВ
В. А. Лобов, А.И. Олехвер, Е.Ю. Ремшев
Предложена технология изготовления тонкостенных деталей с широким фланцем холодной штамповкой. Полученные результаты подтверждены методом конечных элементов и экспериментальными исследованиями. Рассмотрено влияние различных смазок на качество получаемых полуфабрикатов.
Ключевые слова: электрод, технологический процесс, вытяжка, обжим, метод конечных элементов, трение, разрушение.
В современных условиях ведение боевых действий невозможно без применения радиолокационных станций (РЛС), служащих для обнаружения противника. Принцип определения дистанции до цели с помощью РЛС основан на отражении электромагнитной волны от препятствия на пути ее распространения (рис. 1, а). Концентратором внимания в общей схеме РЛС являются генератор и приёмник сигнала. Генератор вырабатывает ток высокого напряжения, а так как оба устройства находятся в цепи с общей антенной (рис. 1, б), то этот ток может беспрепятственно попасть на приёмник, который не способен выдержать подобную нагрузку и, в конечном итоге, может сгореть [1].
а
б
Рис. 1. Схема РЛС (а) и участка цепи с разрядником (б)
Данную проблему решает резонансный разрядник, установленный в цепи так, чтобы замыкать контур перед приемником. Он представляет собой стеклянную колбу, заполненную инертным газом, в котором находятся два медных дисковых электрода (рис. 2, а). Электроды имеют коническую форму и расположены между собой с небольшим зазором, через который происходит пробой воздушной прослойки током высокого напряжения. Чтобы облегчить разряд внутри одного из конусов расположен поджигающий электрод в виде стержня. Существует большое количество конструктивных разновидностей разрядников как отечественного, так и зарубежного производства.
Главный элемент разрядника - дисковый электрод представляющий собой рельефный диск с глубокой втулочной частью (рис. 2, б). Объектом исследования выбран дисковый электрод разрядника РР-7, как наиболее трудоемкий в изготовлении. Выпуском подобных изделий занимается Санкт-Петербургский завод ПАО «Светлана».
а б
Рис. 2. Резонансный разрядник (а) и эскиз дискового электрода (б)
120
Деталь изготавливают из меди М1 ГОСТ 859-2001 толщиной 0,3 мм. Заводская технология предполагает следующие операции: вырубка штучной заготовки из ленты, ротационная вытяжка, отрезка дна, рельефная формовка фланца и обрезка неровностей на кромке.
Недостатком основной формоизменяющей операции - ротационной вытяжки, выполняемой на токарном оборудовании, является повышенное дефектообразование в виде «шелушения» металла, образования волны «наплывов» перед роликом, «расщепление» кромки детали [2], связанное с неблагоприятным соотношением объемов металла во фланце и втулке и ограниченными возможностями для регулировки режимов деформирования заготовок. При больших радиусах закругления ролика тонкостенный материал, не только теряет устойчивость, но и сильно растягивается вплоть до разрыва. При уменьшении радиуса закругления ролика происходит подрезание фланца заготовок.
Целью работы является разработка технологии изготовления дискового электрода холодной штамповкой на прессовом оборудовании.
Начальный этап предлагаемой технологии включает вырубку кружка диаметром А0 = 36 мм и четыре вытяжки при коэффициентах т1 = й/А0 = 0,56; т2 = т3 = т4 = 0,7 соответственно, где А0, й - диаметр заготовки и полуфабриката. Затем следует отрезка дна и три обжима с коэффициентами т1 = 0,76, т2 = 0,77 и т3 = 0,90 при углах конусности матрицы 10, 16 и 21°. Заключительный этап состоит из рельефной формовки и обрезки фланца. Вытяжные операции проведены пуансоном со сферическим торцом. В этом случае наибольшее утонение получает центральная зона купола полуфабриката, которая в последующем идет в отход.Операции обжима необходимо выполнять с подпором внутренней поверхности для уменьшения вероятности образования поперечных складок.
Для проверки принятых технических решений проведено компьютерное моделирование методом конечных элементов (МКЭ). Кривая деформационного упрочнения материала аппроксимирована по методике Г.А. Смирнова-Аляева [3] следующей зависимостью, МПа: —£ —25£-
= 684 — 465е 1 — 108е 1, где ог- - интенсивность напряжений; ег- - интенсивность деформации.
Коэффициент контактного трения между заготовкой и инструментом принят Утр = 0,2. Скорость движения инструмента V = 10 мм/мин. Предварительные расчеты показали необходимость прижима на первой вытяжке силой 0,5 кН.
По результатам моделирования на вытяжных операциях зафиксировано образование кольцевой «волны» на фланце (рис. 3, а) вследствие малого радиуса скругления вытяжной кромки матрицы. Разгладить ее можно применением пуансонов с выступающим фланцем, рабочая часть которых точно соответствует высоте полуфабриката, как показано на рис. 3, б, в.
а б в
Рис. 3. Результаты моделирования второй вытяжки (а), первого обжима при /тр = 0,2 (б) и при /тр = 0,1 (в)
На первом обжиме происходит потеря устойчивости с образованием поперечной складки в конечной стадии процесса (рис 3, б). Исключить складкообразование позволяет уменьшение коэффициента трения до /тр = 0,1. На практике этого можно достичь применением активных смазывающих покрытий, особенности применения которых рассмотрены далее. В результате первый и последующие обжимы протекают стабильно без складкообразования (рис. 3, в).
Для экспериментальной проверки формоизменяющих операций был спроектирован и изготовлен универсальный лабораторный штамп. Устройство штампа показано на примере первой вытяжки (рис. 4, а, б). В основание 6 установлена матрица 5 с кольцевой проточкой под заготовку и прижим 4. Пуансон центрируется по направляющей втулке 2 установленной в кольцо 3. Для обеспечения силы прижима затягиваются шесть симметрично расположенных болтов 7 с шайбами 8.
Центрирование заготовок на последующих вытяжках осуществляется путем одевания полуфабриката на составную направляющую втулку (рис. 4, в).
а б в
Рис. 4. Эскиз штампа (а), его внешний вид (б) и схема центрирования полуфабрикатов (в)
Эксперименты проведены на испытательной машине 8Ышаё7и ЛО-Х-1 с номинальной силой 100 кН при скорости 10 мм/мин. На вытяжных операциях применяли пуансоны как со сферическим, так и с плоским торцом. В качестве смазочного материала применен литол 24.
122
Первые три вытяжки происходят достаточно стабильно. На четвертой зафиксирован отрыв дна (рис. 5, а), до окончания формирования втулочной части вследствие значительного наклепа материала. Введение отжига после третьей вытяжки (температура Т = 600° С, время выдержки ? = 20 мин, охлаждение в воде) позволяет полностью провести последнюю вытяжку, но с образованием трещины на радиусном участке в конечной стадии (рис. 5, б). Этот дефект не влияет на качество изделия, поскольку донная часть идет в отход на отрезке.
а б в
Рис.5. Разрушение заготовки (а), образование трещины в конечной
стадии вытяжки (б) и образование складки на обжиме (в)
Однако отжиг с сопутствующими операциями химической обработки усложнит технологию и повысит себестоимость изготовления детали. Кроме того, после отжига твердость меди резко снижается, что может привести к повреждению заготовок при установке и удалении из штампа.
Решить проблему трещинообразования без применения отжига удалось путем замены смазочного материала на индустриальное масло И-40. Оно имеет менее вязкую структуру и за счет большей текучести равномернее наносится на заготовку. В результате последняя вытяжка проведена без брака.
Также в ходе эксперимента определен оптимальный ход инструмента обеспечивающий сохранение диаметра фланца и достаточную высоту втулочной части для отрезки дна и последующих обжимов. Значения составили И1 = 5,2 мм; И2 = 6,8 мм;^3 = 8,2 мм и И4 = 11,2 мм соответственно. На фланце полуфабрикатов хорошо заметны кольцевые отпечатки -следы радиусных переходов матриц предыдущих вытяжек (рис. 5), которые должны быть разглажены в ходе рельефной формовки.
При обжиме втулочной части первый переход протекает без потери устойчивости, а на втором образовалась складка в зоне передающей силу (рис. 5, в) вследствие трения по большой поверхности контакта заготовки с инструментом.
Уменьшить контактное трение позволило применение фторсодер-жащих поверхностно-активных веществ (фтор-ПАВ) - фтортензидов. После нанесения фтор-ПАВ на поверхности заготовки формируется слой молекул изменяющих энергетические характеристики поверхности. Фтортен-
зиды обладают высокой проникающей способностью покрывая всю доступную поверхность адсорбционной пленкой заполняющей микропоры и микротрещины. Адсорбционный слой понижает поверхностную энергию материала облегчая тем самым пластическое течение в зернах, расположенных в поверхностном слое. Это позволяет снизить коэффициент контактного трения доуГр < 0,05.
Технология нанесения покрытия заключается в следующем. Поверхность очищается и обезжиривается растворителем, затем сушится (Т = 110... 120 °С, t = 30 мин). Для нанесения покрытия заготовки погружают в раствор фтортензидной композиции (t = 60 мин) следя за тем, чтобы они не контактировали с воздухом. Для закрепления покрытия заготовки сушат (Т = 110.120 °С, t = 45.60 мин). На заготовках с покрытием обжим протекает без образования складок.
Заключительная формоизменяющая операция рельефной формовки происходит без образования дефектов.
Выводы
1. Разработана технология изготовления тонкостенного медного электрода холодной штамповкой взамен ротационной вытяжки включающая вырубку, четыре вытяжки, отрезку, три обжима, рельефную формовку и обрезку.
2. Экспериментально определены оптимальные режимы проведения операций, гарантирующие отсутствие брака.
3. Проанализировано влияние различных видов смазок на стабильность протекания формоизменяющих операций. Наилучшие результаты обеспечивает применение фторсодержащих поверхностно-активных веществ.
Список литературы
1. Резонансные разрядники [Электронный ресурс]. URL: http://www.155la3.ru/razryad_resonance.htm (дата обращения: 15.03.2017).
2. Евдокимова Р.В.Ротационная вытяжка малогабаритных деталей устройствами с регулируемыми двухрядными обоймами // Известия Тульского государственного университета Технические науки. 2014. Вып. 6. С. 74 - 81.
3. Смирнов-Аляев Г.А., Чикидовский В.П. Экспериментальные исследования в обработке металлов давлением. Л.: Машиностроение, 1972. 360 с.
Лобов Василий Александрович, ст. преподаватель, bgtu_e4@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ»,
Олехвер Алексей Иванович, ассист., leshicher@mail. ги, Россия, Санкт-Петербург, Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ»
124
Ремшев Евгений Юрьевич, канд. техн. наук, доц., remshev@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ»
DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY FOR MANUFACTURING THIN-WALLED DISK ELECTRODES FOR RESONANCE ARRESTERS
V.A. Lobov, A.I. Olekhver, E. Y. Remshev
The technology of manufacturing thin-walled parts with a wide flange by cold stamping is proposed. The results obtained are confirmed by the finite element method and by experimental studies. The influence of various lubricants on the quality of the resulting semifinished products is considered.
Key words: electrode, technological process, exhaust, crimping, finite element method, friction, fracture.
Lobov Vasiliy Aleksandrovich, senior lecturer, bgtu_e4@,mail. ru, Russia, Saint-Petersburg, Baltic State Technical University «VOENMEH»,
Olekhver Alexey Ivanovich, assistant, leshicher@,mail. ru, Russia, Saint-Petersburg, Baltic State Technical University «VOENMEH»
Remshev Evgeny Yurevich, candidate of technical sciences, docent, rem-shev@,mail.ru, Russia, Saint-Petersburg, Baltic State Technical University «VOENMEH»
УДК 621.98; 539.376
ВЕРХНЕГРАНИЧНАЯ МОДЕЛЬ БОКОВОГО ВЯЗКОПЛАСТИЧЕСКОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
А.В. Черняев, В. А. Гладков
Получены зависимости для расчета давления и повреждаемости материала при выдавливании утолщения на плоской заготовке. Состояние горячего деформируемого материала принято вязкопластическим. Использован вариационный метод расчета применительно к разрывному плоскому полю скоростей перемещений.
Ключевые слова: выдавливание, вязкопластический материал, мощность, давление, повреждаемость материала.
Одним из способов выдавливания является боковое, применяемое для получения заготовок с утолщениями и ребрами. При разработке технологии данного процесса необходимо установить режимы операции и выбрать соответствующее прессовое оборудование. Для высокопрочных сплавов процесс реализуют при общем или локальном нагреве на гидропрессах, т.е. в условиях изотермической штамповки. Рассмотрим вариант расчета режимов технологии на основе энергетической верхнеграничной теоремы пластичности [1].
