CC BY
7^орытынды. БYгiн 6i3 аппараттьщ ресурстарды оцтайландыру дэуiрiнде eMip CYpin жатырмыз жэне KYHHeH-KYHre Yлкен бизнеске бет б^рып жатырмыз. VPN сеpвеpi толыгымен б^лт кызметше негiзделген. Б^л компьютеpдi кашыктагы желiге косудыц кыска эдiсi.
Пайдаланушы e3iH Yйдегiдей сезiнедi -нактырак айтсак, уйде, демалыста немесе юсапарда ж^мыстагыдай сезiне алады, корпоративпк сеpвистеpдi еш киындыксыз пайдалана алады. Сонымен катар, зиянкес пайдаланушы накты немен айналысатынын, ол кандай деpектеpдi жiбеpетiнiн жэне алынатынын байкай алмайды. Желiнi коргау алгоpитмдеpi бойынша б^л алгоритм шагын немесе орта бизнестщ таратылган коpпоpативтiк желiсiнiн
HHTepHeTKe Kayinci3 ROCbmybiH RaMTaMacbi3 eTy y^H KOflgaHtwyM MyMKiH gereH KopbiTbrngbi ^aca^gbi.
K^flAHBMFAH aflEBHETTEP TI3IMI:
1. https://ru.wikipedia.org/wiki/VPN;
2. Chamandeep Kaur, Dr. Yogesh Kuma Sharma. "The vital role of VPN in making secure connection over internet world", International Journal of Recent Technology and Engineering, March, 2020;
3. https://ru.bmstu.wiki/VPN_(Virtual_Private_ Network);
4. Odom, W. (2019). CCNA 200-301, Official Cert Guide, Volume 1 and 2. USA: Cisco Press.
УДК 621.98.004.18
MATERIAL SAVING RESERVES IN SHEET STAMPING PRODUCTION
Maloshtan D.
Senior Lecturer Kuzev I. Senior Lecturer Dragobetskyi V.
Doctor of Technical Sciences, Professor
Shlyk S.
Ph.D., associate professor
ShchetyninV.
Ph.D., professor
Kremenchug Mikhail Ostrogradsky National University
РЕЗЕРВЫ ЭКОНОМИИ МАТЕРИАЛА В ЛИСТОШТАМПОВОЧНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Малоштан Д.В.
старший преподаватель Кузев И.О. старший преподаватель Драгобецкий В.В. д.т.н., профессор Шлик С.В. к.т.н., доцент
Кременчугский национальный университет имени Михаила Остроградского
Abstract
The purpose of this work is to find the previously unknown reserves of material savings in the sheet-stamping production. The authors propose to ensure the rational use of material in the technological structures at the first level of decomposition of the metal-to-part transformation system. The component of this level includes the process of the secondary shaping by the plastic deformation (sheet stamping). The structure and quantitative parameters of waste have been analyzed. The analysis of the methods for increasing plasticity and their implementation in the operations of the complex drawing has been made. The theory is used to ensure the maximum deceleration of the flange part of the workpiece during the complex drawing.The saving of metal in the processes of bending on the stretching profile bending machines and drawing on the hydraulic presses is achieved when using composite (bimetallic) blanks. The workpiece consists of the main expensive metal and the allowance for trimming from the cheap material. The allowance is required to fix the workpiece in the jaws of the stretching devices. For complex drawing processes, technological and design solutions are proposed that provide the maximum braking of the flange part of the workpiece and its minimum area.
Аннотация
Целью данной работы является изыскание ранее неизвестных резервов экономии материала в листо-штамповочном производстве. Авторами предложено обеспечить рациональное использование материала в технологических структурах на первом уровне декомпозиции системы преобразования металла в деталь.
В компоненту этого уровня включен процесс вторичного формоизменения пластическим деформированием (листовой штамповкой). Проанализирована структура и количественные параметры отходов. Проведен анализ методов повышения пластичности и их реализации в операциях сложной вытяжки. Для обеспечения максимально торможения фланцевой части заготовки в процессе сложной вытяжки использована теория. Экономия металла в процессах изгиба на профилегибочных растяжных станках и обтяжки на гидравлических прессах достигается при применении составных (биметаллических) заготовок. Заготовка состоит из основного дорогостоящего металла и припуска на обрезку из дешевого материала. Припуск необходим для фиксации заготовки в захватах растягивающих устройств. Для процессов сложной вытяжки предложены технологические и конструктивные решения, обеспечивающее максимальное торможение фланцевой части заготовки и её минимальной площади.
Keywords: sheet stamping, metal saving, complex drawing, tie ribs, brake thresholds, shortest networks.
Ключевые слова: листовая штамповка, экономия металла, сложная вытяжка, перетяжные ребра, тормозные пороги, кратчайшие сети.
Накопленный опыт производства листоштам-пованных деталей воздушного, наземного и морского транспорта показывает, что более 30 % листового проката идет в отходы и приводит к невозвратным потерям дорогостоящих и остродефицитных материалов. В связи с этим проблема разработки и внедрения в производство прогрессивных малоотходных технологических процессов листовой штамповки является чрезвычайно актуальной и сулит значительные экономические выгоды. Это способствует решению таких насущных проблем, как истощение природных ресурсов и поддержание высоких темпов экономического развития. Опыт зарубежных и отечественных заводов по применению металлосберегающих технологических процессов листовой штамповки достаточно полно освещен в работах [1-4].
Анализ литературных источников [1-6] дает основание полагать, что, основными направлениями экономии листового проката являются: рациональный раскрой материала; малоотходная штамповка крупногабаритных корпусных деталей; малоотходная штамповка средних по размерам и мелких деталей; рациональное использование отходов; математическое моделирование малоотходных процессов листовой штамповки с оптимизацией параметров деформирования.
Методологическая основа, которая базируется на системном подходе, рационального использования, экономии и расхода металла в технологических структурах его формообразования разработана Е. Н. Ланским и его учениками [2]. Как правило, потери металла связаны с конструктивным, технологическим, эксплуатационным расходом [2]. Данное исследование нацелено на изыскание нереализованных резервом экономии металла при производстве деталей методами листовой штамповки. Известно, что значительную долю расход металла
это отходы О (W ) и потери П(L) [2]. Рассматриваемые процессы в предложенной [2] технологической структуре формоизменения ТСФ (TSF )
относятся компонентам вторичного формоизменения пластическим деформированием. Т. е. после получения проката следующая фаза обработки -вторичная обработка давлением (листовая или объемная штамповка). По этим технологиям получают детали класса А [2], к которому относят цельные детали [2]. Тем не менее в целях экономии дорогостоящих материалов целесообразно использовать
лС с
заготовки Ад - цельные и Ад - составные. В соответствии с рекомендациями [2] формоизменяющие операции листовой штамповки следует также классифицировать на мало-, средне- и многоотходные.
К малоотходным относим: гибка в штампах, свободная гибка, отбортовка отверстий, формовка, отбортовка с утонением стенок, раздача, обжимка, правка, чеканка, холодное выдавливание.
К среднеотходным: вытяжка без прижима заготовки, вытяжка с прижимом заготовки, обратная вытяжка, вытяжка с утонением, комбинированная вытяжка, реверсивная вытяжка, вытяжка крупногабаритных деталей сложной формы.
К многоотходным: изгиб на профилегибочных растяжных станках, обтяжка на гидравлических прессах.
Во всех способах обтяжки и гибки на профиле-гибочных растяжных станках плоскую и профилированную заготовку закрепляют в зажимах. Т. е. в этих процессах формоизменения необходимо предусмотреть технологический припуск материала заготовки для её захвата в зажимах. Вполне оправдано с точки зрения экономии дорогостоящих материалов эти технологические припуски изготавливать из более дешевых материалов. Например, если деталь изготавливается из нержавеющей стали, для технологического припуска используется углеродистая сталь.
Аналогичным образом поступают при получении биметаллов сваркой взрывом по схеме с боковым нависанием. Такая схема используется для предотвращения деформации свободных граней биметаллических заготовок. В процессе сварки взрывом элементы плакирующей заготовки вне контура детали или плакируемой поверхности обрезаются. Поэтому эти элементы заменяют, так называемыми «доточками» из более дешевого материала, чем плакирующий слой. При этом «до-точки» достаточно «прихватить» сваркой в нескольких точках. В тоже время при обтяжке или гибке технологические напуски могут участвовать в процессе совместной пластической деформации, если технологический напуск выходит за пределы зажимных элементов машины. В этом случае необходимо обеспечить качественное сварное соединение дорогостоящего материала в центральной части заготовки и дешевого в периферийной зоне. Кроме того кривые упрочнения материалов (основ-
ного и «доточки») должны иметь общие точки пересечения. Это необходимо для того, чтобы была возможна их совместная пластическая деформация. Подобным образом можно поступать в процессах где после формообразующей операции производится обрезка некоторых элементов отштампованной заготовки. Это, как правило, среднеотходные операции листовой штамповки, т. е. различные методы вытяжки.
Для максимальной экономии материала заготовки при сложной вытяжке существует огромное множество вариантов торможения фланцевой части заготовки с использованием перетяжных порогов и тормозных ребер различной формы и размеров. Подбор новых вариантов с использованием традиционных методов торможения и растяжки материала фланца заготовки можно продолжать до бесконечности без выявления наиболее эффективного методологически обоснованного способа торможе-
ния. Т. е. отсутствие четких количественных и качественных критериев оценки и характеристик различных способов торможения и максимального использования пластических свойств материала фланцевой части заготовки привело к разработке широкой номенклатуры рекомендуемых схем торможения фланцевой части заготовки.
Установлено [8], что наибольшее напряжение контактного трения возникают на радиусе скругле-ния матрицы, кроме того, пространственная система сил, приводимая к главному вектору и моменту, способствует не торможению, а движению фланца из-под прижима. Между поверхностью пуансона и радиусом скругления матрицы в заготовке возникает реактивный момент, вытягивающий фланец из-под прижима. Поэтому для более эффективного торможения фланца необходимо экранировать реакцию опоры. Вариант наиболее эффективного торможения фланца показан на рис. 1, в котором эта схема практически реализована.
Рис. 1 - Схема торможения фланца: 1 - пуансон; 2 - прижимная поверхность матрицы; 3 - прижим; 4 - фланец заготовки; 5 - рабочая поверхность прижима
Не менее эффектно при проектировании технологии формоизменения и штамповой оснастки руководствоваться теорией свободного формоизменения для создания условий для самопроизвольного деформирования заготовки. Процессы самопроизвольного формоизменения можно отнести к методам и способам «силовой» интенсификации. Разработаны способы формоизменения листовых материалов в которых деформируемые участки заготовки самопроизвольно формируются под действием реактивных составляющих. В этом случае решается комплекс проблем листового формоизменения: практически исключается разностенность полеченной детали, обеспечивается самопроизвольное поджатие заготовки к поверхности пуансона, снижаются деформирующие усилия [4, 9].
Множество вариантов конструкторского исполнения перетяжных ребер и порогов в штампах для сложной вытяжки, предложены Жарковым В. А. [1] и авторами [10] (рис. 2). Их классификация представлена на рис. 2, 3. С точки зрения максимальной возможности использования пластических свойств материала фланца заготовки для экономии материала заготовки и повышения его коррозионной стойкости, а именно фланцевой её части наибо-
лее целесообразно максимально использовать пластические свойства материала (п. 7 классификаторов). Это достигается путем подбора схемы напряженно деформированного состояния и реализации эффекта Баушингера. Для этого конструкция тормозных элементов должна быть таковой, чтобы максимально исключить повторную деформацию того же знака фланцевой части заготовки.
Такая схема деформирования реализуется при использовании V-образных перетяжных порогов с вершиной направленной вверх, а грань параллельная вертикальной оси штампа находится со стороны пуансона. Применение V-образных порогов с вершиной направленной вниз не имеет смысла. По той же причине не имеет смысла использовать полукруглые перетяжные ребра с выпуклостью вниз. В тоже время полукруглые перетяжные пороги должны быть обращены выпуклостью вниз. Тоже касается и П-образных перетяжных порогов, которые целесообразно устанавливать в штампе, как перевернутая буква П. Так же в перевернутом виде следует располагать и трапециевидные тормозные пороги. При использовании сочетания ребер и порогов также необходимо руководствоваться этим принципом.
Перетяжные ребра
Круглые Полукруглые Прямоугольные Трапециевидные V-образные Произвольной формы 1
Размещенные на матрице Размещенные на прижиме
На плоской прижимной поверхности На кривой прижимной поверхности
В 1 ряд
В 2 ряда
В 3 ряда
В 4 и более рядов
С канавками по форме ребер -1
С канавками полукруглой формы I
С канавками прямоугольной формы
С канавками трапециевидной формы
X
I
I
С канавками треугольной формы I
С канавками произвольной формы I-
В штампе на пресс двойного действия - I
В штампе на пресс простого действия
I -
Увеличивающие пластичность фланца заготовки
Не влияющие на пластичность фланца заготовки
Рис. 2 - Классификация перетяжных ребер
Уменьшающие пластичность фланца заготовки
Перетяжные пороги
Полукруглые
I
Прямоугольные
Трапециевидные
Произвольной формы
Размещенные на матрице Размещенные на прижиме
На плоской прижимной поверхности На криволинейной прижимной поверхности
С канавками по форме порогов
С канавками полукруглой формы
С канавками прямоугольной формы
С канавками трапециевидной формы
С канавками произвольной формы
В штампе на пресс двойного действия
С линией обре зки за порогом
В штампе на пресс простого действия
С линией обрезки в зоне порогоа
Увеличивающие пластичность фланца заготовки
Не влияющие на пластичность фланца заготовки
Уменьшающие пластичность фланца заготовки
Рис. 3 - Классификация перетяжных порогов
Снизить расход материала и увеличить его коррозионную стойкость при сложной вытяжке возможно путем максимального увеличения пути перемещения фланцевой части заготовки. Т. е. для того, чтобы достигнуть максимального растяжения
материала заготовки на фланце при максимальном использовании его пластических свойств и получить дополнительный резерв экономии в построении на поверхности тормозных элементов линий
наибольшей длины. Задача определения кратчайших линий на поверхности решается методами вариационного исчисления. Определение линий наибольшей длины в этом курсе не рассматривается. Кроме того считается, что такая задача не имеет практического смысла. Тем не менее многие математические задачи некоторое время кажутся далекими от практики, а затем обнаруживается большое их практическое значение. В данном случае, как раз необходимо найти наиболее длинную сеть в пределах пластических свойств материала фланцевой части заготовки. Такие задачи могут встретится и при управлении напряжениями контактного трения в процессах штамповки. Задача о снижении риска при распространении вирусных заболеваний, в том числе и «коронавируса» может быть сведена к задаче о построении наиболее длинной сети (дерева). Решение такой задачи можно
рассматривать как задачу на построение наиболее длинной сети. Последнюю можно свести к задаче на построение кратчайшей сети. В этом случае вместо ближних соседок нужно брать наиболее отдаленные. Т. е. при проектировании тормозных элементов необходимо соблюдать следующее условие: длина тормозных элементов со стороны торца фланца заготовки должна уменьшаться. Например, для У-образного перетяжного ребра (рис. 4) необходимо, чтобы
АВ > ВС > СО, АВ + ВС + СО < L0 (1 + 5),
где Ьо - начальная длина фланцевой части заготовки;
5
товки.
относительное удлинение материала заго-
Рис. 4 - V-образные перетяжные ребра
Следует учесть то, что увеличение степени деформации получаемой в процессе формообразования связано и с экономией штампуемых материалов. Исключение, уменьшение или использование ограничивающих факторов путем «температурный» и «силовой интенсификации» являются основными факторами не только расширения технологических возможностей [11], но и экономии материалов в листоштамповочном производстве. Поэтому дальнейшие исследования будут связаны с развитием этих направлений путем использования нетрадиционных источников нагрева и силового воздействия. Кроме того менее эффективные методы интенсификации процесса формоизменения и экономии материалов необходимо использовать при штамповке заготовок из дорогостоящих материалов. Эти методы включают оптимизацию формы заготовок и штампового инструмента, управление напряжениями контактного трения, штамповка с использованием эффектов вибро-электро- и сверхиластичности и др.
Использование предложенных методов экономии материалов при производстве деталей пассажирских вагонов и грузовых автомобилей на предприятии г. Кременчуга привело к снижению расхода металла. В первом случае - нержавеющей стали на 2,5 % (порядка 5 тонн), во втором - стали для глубокой вытяжки на 3,2 % (порядка 8 тонн).
Выводы. Резервом экономии металла в многоотходных технологиях достигается путем применения составных (биметаллических) заготовок. Часть заготовки основной дорогостоящий метал, а припуск, который обрезается, приваривается к основному металлу, изготавливается из более дешевого.
При сложной вытяжке экономия достигается:
- путем исключения повторяемости знака напряжений в материале фланцевой части заготовки, при его деформировании на радиусах закруглениях тормозных порогов и перетяжных ребер;
- при экранировании радиуса закругления втяжного ребра матрицы;
- при максимальном увеличении периметра тормозных элементов начиная с торца заготовки до вытяжного ребра матрицы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Жарков В. А. Перспективы экономии металла в листоштамповочном производстве. Куз-нечно-штамповочное производств. - 1991. - № 12. - С. 7-11.
2. Ланской Е. Н., Шибакова И. А., Шибаков В. Г. Моделирование расхода металла в типовых технологических структурах. Кузнечно-штампо-вочное производство. - 1990. - № 7. - С. 30-33.
3. Драгобецкий В. В. Выбор параметров деформации листовых заготовок в процессе вытяжки / В. В. Драгобецкий, А. Д. Коноваленко, Н. Н. Мороз // Збiрник наукових праць Юровоградського нацюнального техшчного ушверситету / техшка в сшьськогосподарському виробнищга, галузеве ма-шинобудування, автоматизащя. - Вип. 22. - Юро-воград: КНТУ, 2009. - С. 131-136.
4. Мороз Н. Н. Экономия металла в листо-штамповочном производстве / Н. Н. Мороз, С. В. Шлык // Всеукрашська науково-техшчна конфе-ренщя молодих учених i спещалюпв „Актуальш проблеми життeдiяльностi сустльства". - Кремен-чук, 2009. - С. 110
5. Мороз М. М. Моделювання напруженого стану шаруватих матерiалiв при iмпульсному навантажент / М. М. Мороз // Управлшня проектами, системний аналiз i лопстика: Науковий журнал. - Вип. 7. - К.: НТУ, 2010, - С. 147-150.
6. Мороз Н. Н. Расчет технологических параметров получения деталей с элементом жесткости последовательной гибкой / Н. Н. Мороз, В. В. Дра-гобецкий, Д. В. Мосьпан, Р. Г. Пузырь // Обработка материалов давлением. - Сборник научных трудов № 4 (25) - 2010. - С. 133-137.
7. Мосьпан Д. В. Снижение деформирующих усилий при изготовлении листовых деталей с элементами жесткости / Д. В. Мосьпан, С. В. Шлык, Н. Н. Мороз, В. В. Драгобецкий // Вюник Нацюнального техшчного ушверситету «ХП1». - Харшв: НТУ «ХП1», 2011. - № 46. - С. 73-77.
8. Мороз Н. Н. Оптимизация процесса деформирования слоистых заготовок при взрывной штамповке / Н. Н. Мороз // Всеукрашська науково-техтчна конференщя молодих учених i спещалюпв „Актуальш проблеми життeдiяльностi сустльства". - Кременчук, 2010. - С. 115.
9. Пат. на корисну модель 69298 и Укра!на, МПК Б26Р1/00 Б2Ю 22/00. Споаб листово! штамповки / Мороз М. М., Мосьпан Д. В., Драго-бецький В. В., Пузир Р. Г., Троцко О. В.; заявник i патентовласник Кременч. держ. ун-т iм. М. Остро-градського. - № и201111830; заявл. 07.10.11; опубл. 25.04.12, Бюл. № 8. - 4 с.: ил.
10. Шлык С. П. Закономерности деформации фланца заготовки при сложной вытяжке / С. П. Шлык, В. В. Драгобецкий, Н. Н. Мороз // Вюник Кременчуцького нацюнального ушверситету iменi Михайла Остроградського. - Кременчук: КНУ, 2012. - Вип. 5/2012 (76). - С. 72-75.
11. Ершов В. И. Совершенствование формоизменяющих операций листовой штамповки / В. И. Ершов, В. И. Глазков, М. Ф. Каширин. - М.: Машиностроение, 1990. - 312 с.
