CC BY
105
The basic relationships for theoretical investigation of axisymmetrical details combined drawing following operations from anisotropic materials on cone-shaped dies are shown. The objective laws of technological parameters, mechanical properties anisotropy influence on power circumstances and extreme deformation levels of axisymmetrical details combined drawing following operations were established.
Key words: combined drawing, operation, anisotropy, die, punch, power, deformation, stress, failure.
Travin V.Y, candidate of technical Sciences, head of Department, [email protected], Russia, Tula, OAO «Splav»,
Gryazev Mikhail Vasilievich, doctor of technical Sciences, Professor, [email protected], Russia, Tula, Tula state University,
Phan Duc Thien, student, [email protected], Russia, Tula, Tula state University
УДК 621.979
ШТАМПОВКА С КРУЧЕНИЕМ НА ПРЕССЕ
С КРИВОШИПНО-КУЛИСНЫМ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫМ
МЕХАНИЗМОМ
Б.А. Степанов, В.Н. Субич, Н.А. Шестаков, А.Е. Максименко
Представлена конструкция специализированного механического пресса с кривошипно-кулисным исполнительным механизмом для штамповки с кручением. Получены формулы для расчета кинематических параметров пресса, приведены графики перемещений и скоростей рабочих органов пресса. Выполнены расчеты штамповки с кручением типовой поковки в открытом штампе, результаты которых представлены в виде графиков изменения силы штамповки в зависимости от угла поворота эксцентрикового вала.
Ключевые слова: обработка металлов давлением, штамповка с кручением, пресс с кривошипно-кулисным исполнительным механизмом.
Штамповка с кручением относится к комбинированным методам деформирования, осуществляемым воздействием на металл одновременно осевой силой и крутящим моментом путем вращения инструмента вокруг своей оси. Комбинированное нагружение обеспечивает снижение удельных сил деформирования и расхода металла за счет уменьшения облоя и перемычек под прошивку, повышение точности поковок и стойкости штампов.
В основу разработки специализированного кривошипного горячештамповочного пресса (КГШП) для штамповки с кручением положен кри-
вошипно-кулисный исполнительный механизм, к достоинствам которого относятся высокая жесткость, компактность конструкции и увеличенная база по направляющим ползуна. Для вращения штамподержателя использован винтовой механизм, отличающийся также компактностью и способностью передавать большие силы и крутящие моменты. Конструктивная схема КГШП для штамповки с кручением с кривошипно-кулисным исполнительным механизмом и винтовым механизмом вращения штампо-держателя представлена на рис. 1 [1] .
Кривошипный пресс содержит станину 1, в которой смонтирован кривошипный вал 2. На консолях вала установлены тормоз 3 и муфта 4, соединенная с приводом пресса. В направляющих 5 станины установлен наружный ползун 6, внутри которого размещен кулисный камень 7, имеющий возможность поступательного перемещения в направляющих 8. В направляющих 15 наружного ползуна 6 установлен внутренний ползун 9, в котором размещен кулисный камень 10, имеющий возможность поступательного перемещения в направляющих 11. Кулисные камни 7 и 10 сочленяются с эксцентриковым валом 2. Направляющие 11 кулисного камня 10 внутреннего ползуна повернуты относительно направляющих 8 кулисного камня 7 наружного ползуна в направлении вращения кривошипного вала на угол 2$. В наружном ползуне 6 установлен подпятник 12, который сочленяется с верхним торцом винта 13, образующим винтовую не само-тормозящуюся пару с гайкой 14, закрепленной во внутреннем ползуне 9.
Рис. 1. Конструктивная схема пресса кривошипно-кулисным
механизмом:
1 - станина; 2 - эксцентриковый вал; 3 - тормоз; 4 - муфта; 5, 8,11, 15 - направляющие; 6 - наружный ползун; 7,10 - кулисные камни; 12 - подпятник; 13 - винт; 14 - гайка
Вращательное движение кривошипного вала 2 посредством эксцентрика и кулисных камней 7 и 10 преобразуется в поступательное движение наружного 6 и внутреннего 9 ползунов. Вследствие разворота направляющих 8 и 11 кулисных камней относительно друг друга на угол 2$ наружный и внутренний ползуны перемещаются с разными скоростями, что обеспечивает вращательно-поступательное движение винта 13 и закрепленного на нем инструмента. Технологическая сила Рт штамповки складывается из силы РВ, действующей на винт, и силы РМ, действующей на гайку, которая зависит от технологического момента МТ: Рт = Рв + Рм = Рв + / 2жт], где SВ - ход винтовой нарезки, МТ - тех-
нологический момент кручения, п - КПД винтовой пары.
На рис. 2 представлены расчетные схемы кривошипно-кулисных механизмов в произвольном положении эксцентрика ОА=г, где Г - радиус эксцентрика, повернутого на угол а. За начало отсчета принимается крайнее верхнее положение наружного ползуна. Движение т. А - центра эксцентрика абсолютное по отношению к неподвижному центру О (скорость иА) раскладывается на относительное движение кулисного камня вдоль
его направляющих (скорость иК1) и на переносное движение вместе с ползуном вдоль его направляющих (скорость "Ц). Используя теорему синусов определяется перемещения ^1, а затем и скорости и наружного ползуна в зависимости от угла поворота а эксцентрикового вала:
Рис. 2. Расчетные схемы кривошипно-кулисных механизмов: а - наружного ползуна; б - внутреннего ползуна
U
1 _
и
sira sin|^90o -b
sina
cosp
S.
cosb
(1 - cosa ),
где ю - угловая скорость, а r - радиус кривошипа эксцентрикового вала.
Аналогично определяются перемещения S2 и скорости U2 внутреннего ползуна:
sin(a-2p); s _ г
cosp ’ 2 cos р
Угловые перемещения jB и угловые скорости WB штамподержате-
ля в зависимости от угла поворота a эксцентрикового вала определяется по формулам:
[1 — cos (a-2b)].
j в = (s 2—S\) 2Sp = 4n'S tgb sin (a—b)>
S n S n
dt
S,
На рис. 3, 4 показаны графики изменения скоростей )) и )) наружного и внутреннего ползунов, а также угловой скорости поворота винта за один оборот эксцентрикового вала с радиусом кривошипа г=125 мм вращающегося со скоростью п=60 об/мин. Графики показывают, что в процессе штамповки разность скоростей ползунов или гайки относительно винта составляет порядка 0,6 м/с, что вызывает большую скорость вращения штамподержателя, достигающую 150 об/мин в конце штамповки.
[м/с]
0.0
-0.6
■1.2
П _іД \ 2
0.0
а,
[град]
90
180
270
360
Рис. 3. Графики изменения скоростей наружного(1) и внутреннего(2) ползунов
Рис. 4. График изменения угловой скорости т винта
r
Технологические параметры штамповки с кручением определяются кинематикой инструмента, который перемещается с линейной скоростью и1 и вращается с угловой скоростью ®ь и размерами штампуемой заготовки: наружным диаметром Dз и высотой к Совокупность этих параметров дает значение основного показателя штамповки с кручением - параметра кручения q, определяемого по формуле [2]
_ ®1 Б _ £Шр • £ш(а - р)
_и1 ' 2л/3 _ Тз • Э# Бта .
С увеличением этого параметра технологическая сила уменьшается. При штамповке линейная скорость и штамподержателя уменьшается, а
его угловая скорость ю1 увеличивается, что приводит к увеличению величины q, а следовательно к уменьшению технологической силы.
150 155 160 165 170 175 180 (град]
Рис. 5. Графики изменения силы на наружном (2) и внутреннем (1) ползунах и суммарная сила штамповки (3)
Используя методику, изложенную в работе [2], выполнены расчеты осадки с кручением поковки автомобиля ЗИЛ «каретка синхронизатора» с наружным диаметром D=184 мм и толщиной диска h=10 мм. Штамповка моделируется в открытом штампе с облоем толщиной 2 мм и шириной 6 мм. На рис. 5 показаны графики изменения силы на наружном (2) и внутреннем (1) ползунах и суммарная технологическая сила штамповки (3).
При традиционной штамповке поступательно перемещающимся инструментом график технологической силы при доштамповке имеет пиковый характер, что вызывает перегрузку прессов. Как показывает график на рис. 5 технологическая сила в конце штамповки не увеличивается, а падает, что гарантирует отсутствие перегрузки пресса. По сравнению с тра-
19
диционной штамповкой максимальное значение силы деформирования снижено в 1,8 раза.
Выводы. Представленные конструктивные решения специализированного КГШП обеспечивают штамповку вращающимся инструментом. Выполненные кинематические расчеты позволяют рассчитать параметр кручения, положенный в основу технологических расчетов штамповки с кручением. Графики нагружения пресса при штамповке типовой поковки показывают снижение силы штамповки в ее заключительной стадии, что является основным преимуществом штамповки с кручением.
Список литературы
1. А.с. 1431217 СССР. МКИ В 30 В 1/06. Механический пресс для штамповки с кручением / Б.А. Степанов, О. А. Ганаго, В.Н. Субич и др.
2. Штамповка с кручением / В.Н. Субич [и др.]. М.: МГИУ, 2007.
411 с.
Степанов Борис Алексеевич, канд. техн. наук, проф., [email protected], Россия, Москва, Московский государственный индустриальный университет.
Субич Вадим Николаевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, [email protected], Россия, Москва, Московский государственный индустриальный университет.
Шестаков Николай Александрович, д-р техн. наук, проф., декан факультета,. [email protected], Россия, Москва, Московский государственный индустриальный университет.
Максименко Александр Егорович, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Москва, Московский государственный индустриальный университет
STAMPING WITH TORSION ON PRESS WITH CRANK-AND-SLOT ACTUA TING MECHANISM
B.A. Stepanov, V.N. Subich, N.A. Shestakov, A.E. Maksimenko
Construction of specialized mechanical press with crank-and-slot actuating mechanism for stamping with torsion is presented. Formulas for calculation of kinematic parameters of press is developed, graphs of displacements and velocities of operating elements of press is shown. Technology of stamping with torsion of typical parts in open die is developed. Results of developing of technology are presented as graphs of stamping loads in depending of angle of rotation of eccentric shaft.
Key words: metalworking by pressure, stamping with torsion, press with crank-and-slot actuating mechanism
Stepanov Boris Alekseevich, candidate of technical science, professor, professor, [email protected], Russian, Moscow, Federal public budgetary educational institution of higher education "Moscow state industrial university",
Subich Vadim Nikolaevich, doctor of technical science, professor, Chief of chair. suhich@ farmsklad.com, Russian, Moscow, Moscow state industrial university,
Shestakov Nikolay Aleksandrovich, doctor of technical science, professor, Dean of facility, shes-v@,mail.msiu.ru. Russian, Moscow, Moscow state industrial university,
Maksimenko Aleksandr Egorovich, candidate of technical science, associate professor, [email protected], Russian, Moscow, Moscow state industrial university
УДК 621.7.043
МЕТОДИКА ОБРАТНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО КОНТУРА ЗАГОТОВКИ ДЛЯ ШТАМПОВКИ КОРОБЧАТЫХ
ИЗДЕЛИЙ
Н.А. Шестаков, Б.М. Соловьев
Рассмотрено оригинальное программное обеспечение, реализующее метод конечных элементов применительно к процессу вытяжки коробчатых изделий, предложен способ оптимизации исходной заготовки на основе итерационной методики обратного проектирования, произведено сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными.
Ключевые слова: листовая штамповка, метод конечных элементов, коробчатое изделие.
Известные аналитические способы построения контура заготовки для вытяжки коробчатых изделий всегда содержат ряд геометрических допущений: построение контура только из отрезков прямых или дуг окружностей, приблизительный учет утонения стенки и других проявлений неравномерности деформации. В результате верхний край отштампованного изделия отличается от идеальной формы.
Указанные методы расчета размеров заготовки не учитывают утонения материала, поэтому в большинстве случаев требуется последующая обрезка неровных кромок существенного размера.
Для изделий сложной формы (многоугольных, с перетяжками или ребрами жесткости) построение заготовки аналитическими способами затруднительно. Поэтому, вначале определяют ориентировочные габаритные размеры заготовки, учитывающие кривизну формы и необходимую величину технологических припусков. Размеры заготовки корректируют при испытании вытяжного штампа [1]. Точных инженерных методов для построения заготовки сложной формы не существует и поиск их нецелесообразен из-за неизбежной сложности и ограниченной области применения.
21
