CC BY
12
УДК 621.7.01; 621.7.79
СОВМЕЩЕНИЕ ОПЕРАЦИЙ ВЫТЯЖКИ С УТОНЕНИЕМ СТЕНКИ
И ВЫДАВЛИВАНИЯ НА ОДНОЙ РАБОЧЕЙ ПОЗИЦИИ
А.Н. Исаева, П.В. Романов, Р.С. Благочиннов
Рассмотрен вопрос интенсификации процессов изготовления тонкостенных цилиндрических изделий с толстым дном методом совмещения операций вытяжки с утонением стенки и выдавливания на одной рабочей позиции. Приведены результаты моделирования совмещенной операции, показано распределение напряжений и деформаций в полуфабрикате в процессе формоизменения.
Ключевые слова: вытяжка с утонением, выдавливание, совмещение операций, напряжения, деформации.
В современном машиностроительном производстве, в аэрокосмической технике, а также в оборонной промышленности используется огромное количество цилиндрических изделий, имеющих толстое дно и тонкую стенку. Отношение высоты к диаметру может варьироваться от 1 до 10 и более. Это различные присоединительные патрубки, переходники, штуцеры, элементы корпусов, гильзы, детали и узлы автомобильной промышленности, мебельная фурнитура (рис. 1) и другие изделия с толщиной стенки меньше, чем толщина дна. В качестве материалов для заготовок может использоваться листовой прокат, изготавливаемый из различных марок сталей, латуни, алюминия и даже титана [1, 2]. Процесс формоизменения может сильно отличаться в зависимости от исходных механических характеристик заготовок, а также от требуемых механических свойств в готовом изделии [3].
а б в
Рис. 1. Цилиндрические изделия: а - амортизатор автомобильный;
/я* к/ к/ к/ к/
б - газовый упор автомобильный; в - газовый упор мебельный
Для получения изделий с толстым дном и тонкой стенкой могут использоваться такие операции обработки давлением как: вытяжка с утонением стенки, ротационная вытяжка, выдавливание и другие. Для вытяжки с утонением стенки используют цилиндрические колпачки, полученные на первой операции вытяжки. К сожалению данная технология получения де-
410
талей является довольно трудоемкой из-за ограниченности допустимого коэффициента утонения полуфабриката и необходимости использования межоперационных термохимических операций [4-7].
Использование процесса ротационной вытяжки невозможно при необходимости получения деталей из труднодеформируемых материалов, для которых необходимо создание специальных изотермических условий формоизменения и выход на режимы вязкого течения материала.
Анизотропия механических свойств, присущая листопрокатным заготовкам, накладывает свой отпечаток в виде образования фестонов на получаемом торце полуфабриката [7]. Для получения ровного края изделия необходимо введение дополнительной операции подрезки торца, которая ведет к снижению коэффициента использования материала и удорожанию готовой продукции.
На рис. 2 показано разрушение заготовки, выполненной из стали10, при вытяжке с утонением стенки с коэффициентом утонения 0,6. При моделировании принималось, что заготовка имеет следующие геометрические параметры: высота 80 мм, начальная толщина стенки 5 мм, исходный диаметр 73 мм, для смазки принималось минеральное масло. В качестве оборудования использовался гидравлический пресс с силой 50 МН и скоростью перемещения траверсы 50 мм/с. Варьирование угла конусности матрицы в диапазоне 10...300 не привело к получению изделий без разрушения.
Рис. 2. Локализация деформаций в стенке полуфабриката при вытяжке с утонением стенки
Из рис. 2 видно, что произошло разрушение стенки заготовки из-за достижения уровня напряжений критических значений и последующей локализации деформаций на выходе из очага деформаций. Поэтому на практике величина коэффициента утонения стенки ограничивается диапазоном 0,55.0,75 в зависимости от материала заготовки и назначения детали [46].
Для ликвидации указанных недостатков и обхода накладываемых ограничений рассмотрим возможность совмещения операций вытяжки и выдавливания на одной рабочей позиции (рис. 3).
411
Рис. 3. Схема совмещения операций операцией вытяжки с утонением стенки и выдавливания: 1 - ступенчатый пуансон;
2 - регулировочное кольцо; 3 - заготовка; 4 - матрица; 5 - оправка
Проведено теоретическое моделирование совмещенной операции методом конечных элементов с привлечением программного комплекса QForm 3В по деформированию заготовок, выполненных из Стали 10 с теми же технологическими параметрами, что и для вытяжки с утонением без подталкивающих сил. Дополнительное воздействие на торец заготовки приводит к стабилизации процесса и получению бездефектных деталей.
На рис. 4 и 5 показаны распределения интенсивности нормальных напряжений и накопленной деформации на различных этапах деформирования заготовки.
Рис. 4. Распределение интенсивности нормальных напряжений на различных этапах формоизменения
Из рис. 4 видно, что на начальном этапе деформирования реализуются растягивающие напряжения в стенке заготовки, соответствующие операции вытяжки с утонением стенки. Затем операция вытяжки переходит в операцию выдавливания, а в очаге деформирования реализуется все-
412
стороннее объемное сжатие, дно полуфабриката начинает отдаляться от торца пуансона. Уровень напряжений при переходе от вытяжки к выдавливаю снижается за счет действия активных сил трения между пуансоном и заготовкой.
Рис. 5. Распределение накопленной деформации на различных этапах
формоизменения
Выводы
1. Способ совмещения операций вытяжки с утонением стенки и выдавливания позволяет достигать значительных степеней деформации заготовки без существенного увеличения потребной технологической силы процесса.
2. При использовании листовой заготовки, обладающей начальной анизотропией механических свойств, воздействие инструмента на торец полуфабриката способствует формированию ровного края изделия без образования фестонов, тем самым исключая последующую подрезку торца.
Работа выполнена в рамках гранта НШ-2601.2020.8.
Список литературы
1. Малоотходная, ресурсосберегающая технология штамповки / Под ред. В. А. Андрейченко, Л.Г. Юдина, С.П. Яковлева. Кишинев: ишуегзказ, 1993. 240 с.
2. Ковка и штамповка: справочник: Листовая штамповка / под общ. ред. С.С. Яковлева; ред. совет: Е.И. Семенов (пред.) и др. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2010. Т. 4. 732 с.
3. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977. 423 с.
4. Нечепуренко Ю.Г., Яковлев С.П., Яковлев С.С. Глубокая вытяжка цилиндрических изделий из анизотропного материала. Тула: ТулГУ, 2000. 195 с.
5. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1977. 278 с.
6. Яковлев С.С., Трегубов В.И., Нечепуренко Ю.Г. Глубокая вытяжка анизотропного упрочняющегося материала // Заготовительные производства. 2005. № 4. С. 38 - 44.
7. Яковлев С.П., Яковлев С.С., Андрейченко В. А. Обработка давлением анизотропных материалов. Кишинев: Квант. 1997. 331 с.
Исаева Анна Николаевна, инженер, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, АО «НПО «СПЛАВ» имени А.Н. Ганичева»,
Романов Павел Витальевич, студент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Благочиннов Роман Сергеевич, студент, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
THE COMBINATION OF THE OPERATIONS OF EXTRUSION WITH WALL THINNING AND EXTRUDING ON A SINGLE WORKING POSITION
A.N. Isaeva, P.V. Romanov, R.S. Blagochinnov
The issue of intensification of manufacturing processes of thin-walled cylindrical products with a thick bottom by combining the operations of drawing with thinning of the wall and squeezing at the same working position is considered. The results of modeling the combined operation are presented, and the distribution of stresses and deformations in the semifinished product during the forming process is shown.
Key words: drawing with thinning, extrusion, combination of operations, stresses, deformations.
Isaeva Anna Nikolaevna, еngineer, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, JSC «SPLAV SPA» named after A.Ganichev»,
Romanov Pavel Vitalyevich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Blagochinnov Roman Sergeevich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University.
