CC BY
30
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
УДК 621.73.011:539.374
Снижение разностенности при вытяжке с утонением через две матрицы
А. М. Попов, Г. А. Данилин, Е. С. Воронина
Ключевые слова: вытяжка, матрица, разностенность, утонение.
Введение
При производстве металлических элементов деталей типа корпусов амортизаторов, полых толстостенных контейнеров, гильз и др. комплексные, высокопроизводительные технологические процессы должны гарантировать точность и взаимозаменяемость деталей, закономерное распределение механических свойств, минимальную разностенность, отсутствие трещин, царапин, заусенцев. Например, в процессы изготовления гильз к патронам включены разделительные и формоизменяющие операции обработки металлов давлением, в результате которых формируются конструктивные элементы деталей. Кроме того, в технологическом цикле изготовления предусмотрены механическая обработка резанием, химико-термические операции, межоперационный и окончательный контроль.
Значительная доля формоизменения при изготовлении гильз приходится на процесс вытяжки. Исходной заготовкой для вытяжки
служит полая деталь, полученная штамповкой, а именно сверткой, сверткой-выдавливанием или выдавливанием. Вытяжка с утонением стенки по схеме отличается сравнительной простотой и высокой производительностью, не требует сложной оснастки и оборудования, при этом расход рабочего инструмента невелик.
Вместе с тем у этой операции есть и недостатки, которые проявляются в виде брака полуфабрикатов, речь идет о трещинах, царапинах, косине, кривизне и разностенности. Появление брака зависит от множества причин и устраняется за счет корректировки режимов обработки. Наиболее сложной задачей является устранение брака по разностенности, для чего нужно обеспечить такие условия штамповки, при которых она будет минимальна. Самое небольшое отклонение от принятых режимов обработки способно привести к нестабильности процесса. Последнее может проявляться в виде разностенности, превышающей допуск.
Рис. 1. Разновидности технологических схем вытяжки с утонением: а — через одну матрицу: йд — толщина стенки исходной заготовки; Р — усилие деформирования; Р — угол конусности пуансона; б — через две матрицы последовательно: м — диаметр верхней матрицы; Нм — расстояние между матрицами; йн м — диаметр нижней матрицы; в — через две матрицы одновременно
Как правило, вытяжку с утонением осуществляют через одну или две матрицы, причем в последнем случае на первых операциях ее проводят в последовательном режиме, а на финишных операциях — в одновременном (рис. 1).
Правила расчета количества операций
вытяжки с утонением стенки
через две матрицы
В статье изложены рекомендации проведения вытяжки с утонением стенки через две матрицы, обеспечивающие минимальную раз-ностенность с учетом основных технологических факторов. Наиболее сложным этапом проектирования операций вытяжки с утонением является определение количества операций и режимов их проведения. Накопленный производственный опыт и результаты обширных экспериментальных исследований позволяют выработать общие правила расчета вытяжных переходов:
• Определяют количество финишных операций, формирующих геометрические размеры полуфабрикатов и заданную закономерность изменения механических свойств вдоль корпуса.
• Количество финишных операций и степени деформации на них определяют, пользуясь зависимостью о — ег (где о — интенсивность напряженного состояния; ег — интенсивность деформированного состояния) с учетом снижения ресурса пластичности и назначая на каждой из этих операций ег < < 50-60 %.
• Количество промежуточных операций п назначают, исходя из предельной до разрушения степени деформации, принимая на каждой из них ег < 90-120 %, при условии, что на последующей операции степень деформации должна быть меньше, чем на предыдущей: е^п _ х) > е£п. Увеличение степени деформации повышает косину, кривизну и раз-ностенность полуфабрикатов.
• Придерживаются такой последовательности изменения поперечных размеров полуфабрикатов, при которой обеспечивается вписываемость пуансонов, задействованных в последующей операции, в полость заготовки без натяга (4п)п < (4п)п _ 1 — для соответствующих расчетных сечений. В противном случае возможно образование продольных трещин на корпусе полуфабриката или недоход пуансона до дна с последующим образованием отпечатка и подтекания металла под торец пуансона.
• Радиусы закругления г пуансонов должны уменьшаться от предыдущей к последующей операции во избежание образования наплыва металла под торцом пуансона: (гп)п <
<(гп)п -1.
• Для стабилизации технологических процессов изготовления деталей вытяжку с утонением стенки проводят через две матрицы, что исключает кривизну полуфабрикатов, снижает косину кромки, повышает допустимую степень деформации и уменьшает раз-ностенность. При этом целесообразно принимать углы конусности из условия ав м > ан,м в диапазонах 10° < ав м < 15°; 5° < ан м < 10°, где ав.м, ан,м — угол конусности верхней и нижней матрицы соответственно.
В технической литературе нет строгих рекомендаций по назначению степеней деформации на верхней и нижней матрицах при вытяжке с утонением стенки через две матрицы, которые бы обеспечивали минимальную разностенность при штамповке полых толстостенных деталей. Поэтому при определении режимов промежуточных и финишных операций целесообразно учитывать результаты исследований, приведенных в работе [3]. Для прогнозирования разностенности и ее возможной минимизации в зависимости от условий вытяжки следует использовать уравнения регрессии, представленные в указанной выше статье.
Установлено и теоретически обосновано, что минимум разностенности для различных степеней деформации находится в диапазоне 30 % < е£в/ег2 < 60 %, где е£в — степень деформации на верхней матрице; еЕ — суммарная
АЯ/АЯд 2,5
80 90 *и/*и:, %
Рис. 2. Закономерность изменения относительной разностенности Ав/Аво в зависимости от относительной степени деформации на верхней матрице е^/е^: У7/1 — оптимальный диапазон
а)
мм
0,12
0,10
0,08
0,06
0,04
0,02
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12 0,14
ЛЯд, мм
0,02
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12 0,14
ЛЯд, мм
Рис. 3. Номограммы прогнозирования среднестатистической ожидаемой разностенности после вытяжки Ав в зависимости от исходной разностенности Авд и суммарной степени деформации е^ на верхней и нижней матрицах. Материал — латунь Л70:
а — отожженная заготовка, ею = 0 %: 1 — еи, = 143%; 2 — еЕ = 120%; 3 — еЕ = 110%; 4 — еа = 97%; 5 — еа = 80%; 6 — еа = 70%;
б — наклепанная заготовка, е10 = 45 % : 1 — еа = 97 %; 2 — еЕ = 90 %; 3 — еЕ = 85 %; 4 — еа = 75 %; 5 — еа = 70 %; 6 — еа = 60 %; 7 — еЕ = 50 %. Стрелки показывают пример определения разностенности после операции
а)
ЛЯ, мм 0,14
0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
б) Л8, мм 0,18
0,16 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04
0,12 0,14
ЛЯд, мм
0,02
0,02
0,04 0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
ЛЯд, мм
Рис. 4. Номограммы прогнозирования среднестатистической ожидаемой разностенности после вытяжки Ав в зависимости от исходной разностенности Авд и суммарной степени деформации ещ на верхней и нижней матрицах. Материал — сталь 18ЮА: а — отожженная заготовка, ед = 0 %, б — наклепанная заготовка, е^д = 57,3 % : 1 — еа = 52 %; 2 — еа = 45 %; 3 — еЕ = 40 %; 4 — еЕ = 35 % ; 5 — еЕ = 28 %
Стрелки показывают пример определения разностенности после операции
степень деформации; е£в/ег2 — относительная степень деформации на верхней матрице (рис. 2). Меньшая степень деформации на верхней матрице увеличивает разностенность, а также может привести к выпучиванию заготовки в межматричном пространстве и к обрыву или образованию продольных трещин. Большая степень деформации на верхней мат-
«) е1е' %
65
60
55
50
45 -
40
35
30
25
рице увеличивает разностенность и может служить причиной образования придонного наплыва металла в результате опережения им торца пуансона.
Для определения степени деформации на верхней матрице принимаем, что наиболее вероятная среднестатистическая исходная разностенность Д&о будет составлять половину
60 70 80 90 100 110 120 130 1 40 1 50
^ ■ %
Рис. 5. Номограмма для определения степени деформации на верхней матрице ei3 в зависимости от е^ и ASq, при которых обеспечивается минимально возможная среднестатистическая разностенность AS после вытяжки с утонением через две матрицы. Материал — латунь Л70: а — отожженная заготовка, е10 = 0 %; б — наклепанная заготовка, е10 = 45 % :
1 — AS0 = 0,14 мм; 2 — AS0 = 0,12 мм; 3 — AS0 = 0,10 мм; 4 — AS0 = 0,06 мм.
Стрелки показывают пример определения степени деформации после операции
Рис. 6. Номограмма для определения степени деформации на верхней матрице е¡в в зависимости от е^ и Аво, при которых обеспечивается минимально возможная среднестатистическая разностенность Ав после вытяжки с утонением через две матрицы. Материал — сталь 18ЮА: а — отожженная заготовка, ею = 0 %; б — наклепанная заготовка, ею = 57,3 % :
1 — АЯ0 = 0,14 мм; 2 — АЯ0 = 0,102 мм; 3 — АЯ0 = 0,06 мм.
Стрелки показывают пример определения степени деформации после операции
допуска на толщину стенки 8^ у готового изделия: Д$о = 0,58^. Этот параметр является исходным для установления среднестатистической минимальной разностенности Д5 на каждой последующей операции в зависимости от степени деформации еЕ и состояния материала, то есть после отжига или имеющего предварительное упрочнение перед вытяжкой. Соответствующие номограммы представлены на рис. 3 и 4, из которых видно, что исправление исходной разностенности возможно для латуни Л70, имеющей предварительное упрочнение его = 45% при степени деформации на финишных операциях е^ ^ < 60 %. Для отожженных заготовок суммарная деформация еЕ <120 % (рис. 3), что обеспечит минимум разностенности у штампуемых полуфабрикатов при условии оптимального соотношения е£в/еЕ.
При вытяжке заготовок из стали 18ЮА исправление исходной разностенности затруднено и для наклепанных, и для отожженных заготовок, но ее неизменность может быть обеспечена при сравнительно небольшой суммарной степени деформации (рис. 4).
Более точное установление соответствующего соотношения степеней деформации на верхней и нижней матрицах осуществляется по номограммам рис. 5, 6. В этом случае среднестатистическая минимально возможная разностенность Д5 полуфабрикатов не будет превышать 0,58^. Тогда массив значений раз-
ностенности изготовленных полуфабрикатов выйдет за пределы допуска на толщину 8g.
Выводы
Предложенная методика определения степеней деформации на верхней и нижней матрицах при вытяжке с утонением полых толстостенных заготовок через две матрицы позволяет прогнозировать разностенность полуфабрикатов и свести ее к минимуму с учетом суммарной степени деформации, наличия предварительного упрочнения и исходной разностенности. Таким образом создаются условия для повышения стабильности технологического процесса в целом.
Литература
1. Агеев Н. П., Данилин Г. А., Огородников В. П.
Вытяжка в штампах полых тонкостенных деталей ма-шино- и приборостроения: В 2 ч. Тверь: Герс, 1997-1998. Ч. 1: Механические основы процесса вытяжки. 336 с.; Ч. 2: Проектирование технологических процессов. 257 с.
2. Данилин Г. А., Огородников В. П. Теории и расчеты процессов комбинированного пластического формоизменения. СПб.: БГТУ, 2004. 304 с.
3. Попов А. М., Данилин Г. А. Влияние условий штамповки на величину разностенности при вытяжке с утонением через две матрицы // Металлообработка. 2009. № 6. С. 20-24.
Издательство «Политехника» представляет
Кулик Г. Н. Технологическая подготовка свободной ковки. — СПб.: Политехника, 2010. — 78 с.: ил. (Б-чка технолога-машиностроителя; Вып. 1).
ISBN 978-5-7325-0957-1.
Цена 132 руб.
В издательстве продолжается работа над возобновлением серий малоформатных практических пособий в мягких обложках для заводских специалистов. Уже вышли два выпуска серии «Библиотечкагальванотехника», планируется выход «Библиотечки шлифовщика», а сегодня вниманию читателей предлагается стартовый выпуск «Библиотечки технолога-машиностроителя».
Автор выпуска— главный металлург петербургского предприятия «Дефорт», статьи и сообщения которого хорошо знакомы читателям «Металлообработки». В книге представлены результаты определения оптимальных технологических параметров процессов ковки комбинированными бойками. Дан сравнительный анализ степени технологической подготовки производства ковки и других процессов обработки металлов давлением и ее влияния на качество конечного продукта. Приведены технологические параметры, определяющие качество кованых изделий. Рассмотрены способы борьбы со смещением осевой зоны заготовки при ковке в комбинированных бойках.
В следующем выпуске «Библиотечки технолога-машиностроителя» скоро выйдет книга еще одного постоянного автора нашего журнала — профессора Санкт-Петербургского государственного политехнического университета В. Н. Вострова «Накатывание зубчатых профилей внутреннего зацепления».
Все новинки издательства «Политехника» представлены на сайте www.polytechnics.ru
