CC BY
49
УДК 621.983
С.С. Яковлев, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-14-82,
mpf -tula@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
К.С. Ремнев, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-14-82,
mpf -tula@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
В.И. Трегубов, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-14-82,
mpf-tula@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ГЛУБОКОЙ ВЫТЯЖКИ ПОЛУСФЕРИЧЕСКИХ ДНИЩ
Приведены технологические рекомендации по проектированию технологических процессов глубокой вытяжки полусферических днищ из высокопрочных анизотропных материалов.
Ключевые слова: анизотропия, высокопрочный материал, полусферическое днище, конструкция, деформирование, вытяжка, сила, разрушение.
Качественная штамповка тонкостенных полусферических и торо-вых днищ с минимальным утонением и отсутствием гофр представляет весьма сложную технологическую проблему. Для изготовления тонкостенных полусферических днищ, как правило, применяют реверсивный метод штамповки [1-3]. Однако этот метод имеет существенные недостатки вследствие значительного утонения стенки днища, наличия гофр и высокого процента брака по разрывам.
Высокие требования надежности и массы конструкций обусловили необходимость поиска и разработки новых методов штамповки сферических и торовых днищ. Внедрен и апробирован в производстве метод штамповки тонкостенных (1...4 мм) сферических днищ с применением ступенчатого набора металла на универсальных гидравлических прессах.
Сущность метода ступенчатого набора состоит в следующем.
1. Для устранения утонения стенок применяется предварительный набор металла в штампах, выполняемых с обязательным обеспечением степеней вытяжки (коэффициента вытяжки), свойственных штампуемому металлу.
2. Устранение радиального гофрообразования происходит путем применения каскада цилиндрических ступеней набора металла, по геометрии близкого к контуру вписанного радиуса днища.
3. В предварительных операциях набор металла осуществляется не полностью: для сферических днищ - около 95 %, для торовых - около 90 % расчетной заготовки. Недостающее количество металла в наборе восполняется в процессе окончательной вытяжки дотяжкой из фланца. Для набора разработаны универсальные сборные переналаживаемые штампы (УСПШ). Придание штампам универсальности, для набора металла по пе-
реходам, достигается путем расчета и выбора размеров диаметров ступеней по минимальным степеням вытяжки, марок материалов, подлежащих штамповке. Зазоры между матрицей и пуансоном устанавливаются по максимальным толщинам днищ, подлежащих изготовлению. Колебание возможных зазоров в диапазоне 1...3 мм сверх штампуемых толщин для предварительных операций существенного влияния на качество штамповки не оказывает.
Располагая достаточным комплектом универсальных переналаживаемых штампов, при запуске в производство новых типоразмеров днищ необходимо в каждом конкретном случае изготовление только одного штампа для окончательной вытяжки, а при применении методов беспрессовой окончательной формовки и калибровки, например взрывом, - только одной матрицы с прижимом.
Расчет диаметра исходной заготовки производится по известным формулам [1-3].
Для полусферических днищ с обрезом торца по центру сферы (без цилиндрического участка) с достаточной практической точностью расчет можно производить по эмпирической формуле Dз = 1,5... 1,6Do, где Dз -диаметр исходной заготовки; Do - диаметр сферического днища.
Построение переходов ступенчатого набора для полусферических днищ производится графоаналитическим способом с таким расчетом, чтобы максимальное количество ступеней переходов касалось контура окончательного (сферического) пуансона, а наибольший диаметр ступеней D2 вписывался в контур матрицы (рис. 1).
Имея достаточный набор элементов УСПШ, выполненный с коэффициентом около К л = 1/ =1,25, можем записать
Dзаг = = Л 2 = Л з = Л 4 = Л 5 =
1,25.
Л2 Лз Л 4 Л5 Лб Расчет высоты набора Н (диаметра вписываемого в матрицу Л2 (рис. 1) производится обязательно аналитически по площади требуемого набора металла Fl в зоне, ограниченной диаметром Л.
Таким образом, площадь набора металла должна быть несколько меньше расчетной площади для образования днища, а именно Fl = 0,95 F -для сферического днища; Fl = 0,90F - для торового днища, где F - расчетная площадь днища с фланцем, ограниченным диаметром А.
Последующие высоты ступеней с достаточной практической точностью можно принимать графически по построению как пересечение рабочих диаметров УСПШ с контуром сферического пуансона.
Высоту последнего набора рекомендуется принимать минимальной, равной не более величины радиуса матрицы.
99
0А
с14
А.
Рис. 1. Построение переходов ступенчатого набора для полусферических днищ
Для этой цели в масштабе наносится сетка диаметров универсальных вытяжных штампов, и на этой сетке в том же масштабе вычерчивается контур полусферического днища. Количество переходов (ступеней) будет зависеть от:
а) степени вытяжки, принятой для универсальных штампов;
б) размеров полусферических днищ.
Кроме того, конструкция разъемной матрицы облегчает решение вопроса выталкивания днища из матрицы.
Прессовая калибровка с обтяжкой по оправке предпочтительней. Заслуживает внимания опыт одного из предприятий, который позаимствовал данный метод ступенчатого набора и конструкцию штамповой оснастки дополнил электрообогревом путем монтажа тэнов в прижимах и кольцах матриц и успешно освоил штамповку полусферических днищ диаметром около 800 и 1000 мм, толщиной 1,5...2 мм из магниевого сплава МА2-1. Нагрев заготовки осуществляется теплом рабочих элементов штампов (с регламентированной выдержкой) контактным способом.
Применение метода ступенчатого набора металла дает основание сделать следующие выводы:
1. Ступенчатый набор металла является универсальным методом,
имеющим значительные преимущества перед другими, и применим в широком диапазоне технических требований.
2. Ступенчатый набор устраняет радиальное гофрообразование при относительных толщинах 0,003...0,001 и менее, неизбежное при иных известных методах штамповки.
3. Применение ступенчатого набора значительно уменьшает утонение исходной толщины заготовки, а в некоторых случаях полностью устраняет его на средне- и высокопрочных сталях типа ЭИ-811, ЭИ-678 и др.
4. Применение универсальных переналаживаемых штампов для предварительного набора с перепадом диаметров по минимальным степеням вытяжки, позволяет:
а) штамповать в холодном состоянии тонколистовые, высокопрочные и труднодеформируемые сплавы, в том числе титановые;
б) в ряде случаев сократить количество межоперационных отжигов;
в) производить операции по набору металла в значительном диапазоне типоразмеров сферических и эллиптических днищ, конических и цилиндрических деталей;
г) значительно сократить сроки технической подготовки производства при запуске новых изделий, так как при этом необходимо изготовление только одного окончательно формующего штампа;
д) впервые в практике качественно изготовлять тонкостенные цель-ноштампованные днища с относительной толщиной до 0,001...0,0005.
5 Изложенный метод штамповки днищ с применением универсальных переналаживаемых штампов в значительной мере отвечает возросшим требованиям надежности конструкции и массы, а также снижению трудозатрат на изготовление командных узлов изделий.
Силовые режимы и предельные возможности формоизменения многооперационной ступенчатой вытяжки без утонения стенки осесимметрич-ных деталей из анизотропных материалов определяются по разработанному пакету прикладных программ на ЭВМ [3].
Список литературы
1. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1968. 283 с.
2. Мельников Э.Л. Холодная штамповка днищ. 2-е изд., пераб. и доп. М.: Машиностроение, 1986. 192 с.
3. Яковлев С.С., Трегубов В.И. Теория и технология изготовления крупногабаритных осесимметричных деталей ответственного назначения из высокопрочных анизотропных материалов / под ред. С.С. Яковлева. Ту-
ла: Изд-во ТулГУ, 2011. 232 с.
S.S. Yakovlev, K.S. Remnev, V.I. Tregubov
TECHNOLOGICAL RECOMMENDATIONS ABOUT DESIGN OF TECHNOLOGICAL PROCESSES OF THE DEEP EXTRACT OF THE HEMISPHERICAL BOTTOMS
Technological recommendations about design of technological processes of a deep extract of the hemispherical bottoms from high-strength anisotropic materials are provided.
Key words: anisotropy, high-strength material, hemispherical bottom, design, deformation, extract, force, destruction.
Получено 18.04.12
УДК 539.388.24:004.42
Чан Дык Хоан, асп., (920) 755-79-17, tranduchoan@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
РАСЧЕТ ЭНЕРГОСИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ВЫТЯЖКИ С УТОНЕНИЕМ СТЕНКИ
Проведен расчет энергосиловых параметров процесса вытяжки с утонением стенки с учетом трения и дилатансии. При расчете использован метод локальных вариаций с условием минимальной мощности. Написана программа DELPHI для расчета, результаты которого сравнены с полученными результатами расчета с работами других авторов.
Ключевые слова: метод локальных вариаций, функционал, технологическая сила, удельная сила, вытяжка с утонением стенки.
Выписанные соотношения для осесимметричного пластического формоизменения позволяют составить основное энергетическое уравнение, которое характеризует состояние материала при данных условиях обработки. Энергетический функционал, который полностью характеризует состояние деформируемой среды в данных условиях обработки, представляет собой разность мощностей внутренних и внешних сил, действующих на систему. Под мощностью внутренних сил понимаются затраты мощности пластической деформации и мощности сил трения на контактной границе с инструментом, определяемые выражением
W = W = W + W " внешн. " внутр. " пл. т '' тр.'
102
