CC BY
159
ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
УДК 621.983; 539.374
С.С. Яковлев, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-14-82, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
В.Д. Кухарь, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-14-82, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
К.С. Ремнев, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-14-82, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
А.К. Талалаев, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-14-82, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУТОРОВЫХ ДНИЩ
Приведен технологический процесс изготовления полуторовых днищ методами вытяжки и реверсивной вытяжки из алюминиевого сплава АМг6.
Ключевые слова: технологический процесс, механические свойства, вытяжка, реверсивная вытяжка, заготовка, напряжение, разрушение, полутор, днище.
В ракетно-космической технике широко используются торовые днища, изготавливаемые из двух отштампованных полуторов. Основными критериями при выборе материала для бака являются запас прочности, долговечность и малая масса.
Качественная штамповка тонкостенных полуторовых днищ с минимальным утонением и отсутствием гофр представляет весьма сложную технологическую задачу. Для изготовления тонкостенных торовых днищ, как правило, применяют реверсивный метод штамповки [1-5].
Высокие требования надежности при низкой массе конструкций обусловили необходимость поиска и разработки новых методов штамповки торовых днищ. Внедрен и апробирован в производстве метод штампов-
ки тонкостенных (1...4 мм) полуторовых днищ с применением ступенчатого набора металла, осуществляемый на универсальных гидравлических прессах.
Сущность метода ступенчатого набора состоит в следующем:
1. Для устранения утонения стенок применяется предварительный набор металла, осуществляемый в штампах, выполняемых с обязательным обеспечением степеней вытяжки (коэффициента вытяжки), свойственных штампуемому металлу.
2 Устранение радиального гофрообразования осуществляется путем применения каскада цилиндрических ступеней набора металла, по геометрии близкого к контуру вписанного радиуса днища.
3. В предварительных операциях набор металла для торовых днищ осуществляется не полностью (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 переходам, 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 беспрес-совой окончательной формовки и калибровки, например, взрывом, - только одной матрицы с прижимом.
Разработка технологических процессов и параметров инструмента для изготовления полуторовых днищ методами вытяжки и реверсивной вытяжки включает в себя ряд основных элементов.
Приведем последовательность расчетов технологического процесса изготовления полуторовых днищ.
1. Расчет диаметра исходной заготовки производится по известным формулам [1-5].
2. Построение переходов ступенчатого набора для торовых днищ производятся графоаналитическим способом.
Для этой цели в масштабе наносится сетка универсальных вытяжных штампов и на этой сетке в том же масштабе вычерчивается контур то-рового днища.
Количество переходов (ступеней) будет зависеть от
а) степени вытяжки, принятой для универсальных штампов;
б) размеров полуторовых днищ.
Как было выше сказано, площадь набора металла должна быть несколько меньше расчетной площади для образования днища, а именно: F1 = 0,95F - для сферического днища; F1 = 0,90F - для торового днища, где F - расчетная площадь днища с фланцем, ограниченная диаметром Л.
На рис. 1 изображено сечение контура матрицы окончательного штампа и контур ступенчатого набора для крупногабаритного торового днища. Однако полностью выгладить кольцевые гофры (следы ступенчатого набора металла) обтяжкой по пуансону в средней части тора не представляется возможным. Поэтому конструктивно матрицу членят на две части: наружное торовое кольцо и внутренний торовый вкладыш с разъемом по среднему диаметру Л .
Такая конструкция матрицы позволяет вначале оформить внутреннюю часть торового днища, для чего под вкладыш накладываются мерные бруски высотой 100...120 мм и, давая нормальное давление на фланец, обжимают среднюю часть тора, затем бруски удаляют и формуют наружную часть тора с подтяжкой с фланца.
Кроме того, конструкция разъемной матрицы облегчает решение вопроса выталкивания днища из матрицы.
0 А
Рис. 1. Сечение контура матрицы окончательного штампа и контур ступенчатого набора для крупногабаритного торового днища
3. При построении ступенчатого набора для торового днища с примененном УСПШ следует иметь в виду последнюю ступень внутренней части выполнять диаметром, равным внутреннему диаметру тора Б, а набор металла для внутренней части должен быть равен площади внутренней
150
части торового днища, ограниченной диаметром A (рис. 1).
Для повышения точности обводов торового днища применяют калибровку взрывом в специальном штампе или прессовую калибровку в специальной оправе, в нагретом состоянии, совмещенным с операцией отжига.
Прессовая калибровка с обтяжкой по оправке предпочтительней. Заслуживает внимания также метод ступенчатого набора с использованием конструкции штамповой оснастки дополненной электрообогревом путем монтажа ТЭНов в прижимах и кольцах матриц. Нагрев заготовки осуществляется теплом рабочих элементов штампов (с регламентированной выдержкой) контактным способом.
4. Силовые режимы и предельные возможности формоизменения первой операции вытяжки без утонения стенки осесимметричных деталей из анизотропных материалов определяются по рекомендациям, приведенным в работе [5].
Замечание: при назначении величины коэффициентов вытяжки необходимо учитывать рекомендации по степени использования запаса пластичности В.Л. Колмогорова и А.А. Богатова [6, 7].
5. Силовые режимы и предельные возможности формоизменения операции реверсивной вытяжки осесимметричных деталей из анизотропных материалов определяются по методике, приведенной в работе [5].
6. Определение величины разнотолщинности осесимметричных полуфабрикатов производится по рекомендациям, приведенным в работе [5].
7. Корректировка пооперационных коэффициентов вытяжки и силы прижима осуществляется для обеспечения минимальной величины разно-стенности изготавливаемых осесимметричных полуфабрикатов.
Применение метода ступенчатого набора металла для изготовления полусферических и полуторовых днищ дает основание сделать следующие заключение.
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.
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) качественно изготовлять тонкостенные цельноштампованные 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 при малой массе, а также снижению трудозатрат на изготовление командных узлов изделий.
Разработанные рекомендации по проектированию технологических процессов изготовления полуторовых днищ использованы при усовершенствовании технологического процесса изготовления заготовок детали «Полутора из алюминиевого сплава АМг6 толщиной 3,5 мм. Последовательность формообразующих операций технологического процесса изготовления заготовок детали «Полутор» из алюминиевого сплава АМг6 приведены в таблице.
Технологический процесс изготовления заготовок детали «Полутор»
Перечень операций
Эскизы полуфабрикатов
1. Термообработка (отжиг)
2. Вытяжка первая. (Пресс гидравлический силой 10 МН)
3. Термообработка (отжиг)
4. Вытяжка реверсивная
(Пресс гидравлический силой 10 МН)
[1 ___ _і 5 т-
02310
5. Термообработка (отжиг)
6. Вытяжка ревер -сивная
(Пресс гидравлический силой 10 МН)
Окончание
Перечень операций
Эскизы полуфабрикатов
7. Термообработка (отжиг)
8. Вытяжка реверсивная
(Пресс гидравлический силой 10 МН)
9. Термообработка (отжиг)
10. Калибровка (Пресс гидравлический силой 10 МН)
На рис. 2 представлена деталь «Полутор» из алюминиевого сплава АМг6.
Рис. 2. Полуторовое днище из алюминиевого сплава АМг6
Технологический процесс обеспечивает изготовление крупногабаритных тонкостенных заготовок полуторовых деталей с минимальной величиной разностенности (до 8 %), заданную величину степени использо-
153
вания ресурса пластичности, эксплуатационные требования и снижение трудоемкости их изготовления, сокращение сроков подготовки производства. При холодной штамповке в универсальных штампах (матричных кольцах) нет необходимости в дорогостоящих штампах с обогревом.
Работа выполнена по государственным контрактам в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы и грантам РФФИ.
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.П., Яковлев С.С., Андрейченко В.А. Обработка давлением анизотропных материалов. Кишинев: Квант. 1997. 331 с.
4. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Л.: Машиностроение, 1979. 520 с.
5. Яковлев С.С., Трегубов В.И. Теория и технология изготовления крупногабаритных осесимметричных деталей ответственного назначения из высокопрочных анизотропных материалов / под ред. С.С. Яковлева. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. 232с.
6. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением. Екатеринбург: Уральский государственный технический университет (УПИ), 2001. 836 с.
7. Богатов А.А. Механические свойства и модели разрушения металлов. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2002. 329 с.
S.S. Yakovlev, V.D. Kuhar, K.S. Remnev, A.K. Talalaev
TECHNOLOGICAL PROCESS OF MANUFACTURING OF POLUTOROVS OF THE BOTTOMS
Technological process of manufacturing of the polutorovy bottoms by methods of an extract and reversive extract of aluminum alloy AMg6 is given.
Key words: technological process, mechanical properties, extract, reversive extract, preparation, tension, destruction, half-notch, bottom.
Получено 20.01.12
