CC BY
28
УДК 621.777.4.014
УСТАНОВЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССА ПРОДОЛЬНО-ПОПЕРЕЧНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
Д. С. Филин
Изложены результаты компьютерного моделирования и исследования процесса продольно-поперечного выдавливания стальных заготовок. Установлены условия, при которых возможно изготовление полуфабрикатов с заданными геометрическими параметрами и минимальными энергосиловыми затратами и удельными нагрузками на инструмент.
Ключевые слова: комбинированное выдавливание; коэффициент использования материала; удельные нагрузки.
При изготовлении деталей ответственного назначения (например, гильз к патронам стрелкового оружия) применяют традиционные технологические процессы штамповки с использованием листа. При этом только при раскрое листового материала потери достигают 30...40 %. Более рациональным является использование прутка и применения на начальных этапах обработки процесса выдавливания. При таком переходе для изготовления полого полуфабриката чаще всего применяют продольное выдавливание.
Ограничением известных процессов продольного выдавливания [1, 2] являются высокие технологические усилия и удельные нагрузки. Уменьшить силовые нагрузки можно путём применения комбинированного продольно-поперечного выдавливания [3]. Как и другие комбинированные процессы [4] продольно-поперечное выдавливание обладает широкими технологическими возможностями. К преимуществам процесса относится то, что диаметр исходной заготовки меньше диаметра готовой детали, что облегчает режимы заготовительной обработки, то есть позволяет при отрезке получать заготовки с более благоприятным соотношением высоты к диаметру и меньшей косиной, а при калибровке уменьшает необходимое значение степени деформации. Форма полуфабриката после выдавливания позволяет на промежуточных вытяжных операциях вывести из зоны деформирования дно заготовки, что повышает стойкость рабочего инструмента.
Сущность продольно-поперечного выдавливания [6] (рис. 1) заключается в следующем. Цилиндрическая заготовка 4 подаётся в приёмную часть матрицы 1 до упора в торец противопуансона 3. Под силовым воздействием пуансона 2 происходит деформирование с вытеснением металла в зазор между матрицей и противопуансон, где формируется толщина стенки 8. Расстояние между торцом противопуансона и нижней границей
приёмной части матрицы 7М, диаметры матрицы БМ и ёМ взаимосвязаны и накладывают определённые ограничения на процесс и форму полуфабриката. Например, если 7М < 8, то процесс будет идти в открытом режиме, с искажением наружной формы, что затрудняет получение заданной толщины. Существенное влияние на протекание процесса и соотношение размеров штампуемой детали оказывают радиусы скругления противопуансона и конического участка матрицы.
Рис. 1. Комбинированное закрытое продольно-поперечное Выдавливание: 1 - матрица; 2 - пуансон; 3 - противопуансон;
4 - Заготовка-полуфабрикат
Ограничениями процесса следует считать предельно допустимую технологическую силу, определяющую прочность пуансона и противопу-ансона, а так же предельно возможное увеличение диаметра в следствии действия тангенциальных растягивающих напряжений.
Для установления закономерностей формоизменения и степени влияния технологических факторов на силовой режим процесса продольно-поперечного выдавливания построена модель и проведено компьютерное исследование процесса. При этом варьировали пять геометрических характеристик 8М, 7М, БМ, ёМ,а (табл. 1) с неизменными радиусами скругления противопуансона ЯП-п = 0,285 ёМ [5] и матрицы = КП-П. Материал заготовки сталь 18ЮА в отожженном состоянии.
Анализ диаграммы "Р - И" (рис. 2) позволяет выделить пять характерных стадий процесса:
1 - упругопластическая деформация и вдавливание торца противопуансона в заготовку;
2 - образование очага пластической деформации под торцом пуансона и малого поперечного выдавливания металла в зазор между матрицей и противопуансоном;
3 - изгиб выдавливаемого металла и начало формирования стенки;
4 - продольно-поперечное течение металла с возрастанием силы трения по поверхности стенки;
5 - условно стационарный этап продольно-поперечного выдавливания.
Таблица 1
Размеры инструмента для моделируемых вариантов процесса
Хар-ки
Значение
РМ, мм
8ст, мм
ёМ, мм
7М, мм
б
ёп-п, мм
БМ, мм
27
28
29,4
30
31
4,7
20
7
45
17,6
18,6
20
20,6
21,6
8ст, мм
4,7
5,0
5,5
6,0
6,5
29,4
20
7
45
20
19,4
18,4
17,4
16,4
ёМ, мм
17,0
18,5
20,0
21,5
23,0
29,4
4,7
7
45
20
7М, мм
6
7
9
29,4
4,7
20
45
20
б
25°
35°
45°
"65
29,4
4,7
20
7
20
5
8
Рис. 2. Характерная диаграмма «сила - путь инструмента» процесса поперечно-продольного выдавливания
Установлено, что уменьшение толщины стенки (т.е. увеличение степени деформации) выдавливаемой детали увеличивает технологическую силу (рис. 3), что позволяет установить один из критериев ограничения процесса. По результатам эксперимента установлено предельное значение толщины стенки 8/ёМ > 0,2 (при наибольшем 7М/ёМ=0,45). Попытка выдавливания детали с меньшей толщиной может привести к поломке инструмента из-за высоких удельных нагрузок на него.
Р. /77
^ * * " *1 ~ + ~ __ 1 \\
----- —• ч\
— - ■ —* ' «и» \ч
_ — - - - 4« в» 4
5=4, 7 мм 5=5 мм 5=5,5 мм , 5=6 мм 5=6,5 мм
а, град
20 25 30 35 40 4 5 50 55 60 65
Рис. 3. Зависимость технологической силы от угла конусности матрицы а и толщины стенки £
Установлено, что в диапазоне односторонних углов конусности рабочей части матрицы а = 25...650 увеличение угла приводит к росту технологической силы при неизменном соотношении протяженности основных стадий процесса (рис. 3).
Изменение выходного диаметра матрицы БМ в пределах сохранения закрытой схемы процесса практически не оказывает влияния на максимальную технологическую силу. Увеличение диаметра исходной заготовки хотя и приводит к росту технологической силы, однако позволяет снизить удельные нагрузки на пуансон. Существенное влияние на силовой режим и характер течения металла оказывает расстояние от торца противопуансона до сечения приёмной части матрицы, 7М (рис. 4). Увеличение этого размера способствует росту технологической силы из-за большого объёма металла, охваченного пластической деформацией, но в тоже время обеспечивает более высокую точность размеров и устойчивое протекание процесса.
Компьютерный эксперимент проводился с целью выяснения возможности применения продольно-поперечного выдавливания прутковых заготовок для изготовления стальных гильз к патронам клб. 12,7 мм. Поэтому базовыми исходными данными были приняты:
- объём и материал заготовки (сталь 18ЮА);
- диапазон изменения внутреннего диаметра и толщины стенки;
- объём донной части.
Рис. 4. Зависимость технологической силы от соотношения диаметров йМЮМ и зазора хМ
Результаты эксперимента позволили выделить несколько рабочих вариантов условий проведения продольно-поперечного выдавливания (табл. 2) для изготовления полуфабрикатов в технологическом процкессе
124
изготовления стальных гильз к патрону клб. 12,7 мм.
Таблица 2
Параметры процесса продольно-поперечного выдавливания
№ DM, мм Sex, мм dM, мм ZM, мм б dn-n, мм P, т q, МПа
1 29,4 4,7 21,7 5 30 20 49,60 1366,2
2 30 4,5 22,2 5 30 21 53,20 1399,5
3 31 4 23,2 5 25 23 66,40 1598,2
Предлагаемые варианты обеспечивают стабильное проведение заготовительной операции рубка прутка, высокое качество штампуемого полуфабриката под последующие операции вытяжки, минимально возможные энергетические затраты и стойкость рабочего инструмента. Из трёх приведённых вариантов наиболее предпочтительным является первый, который отличается наименьшими энергосиловыми затратами и удельной нагрузкой на инструмент.
Список литературы
1. Сопротивление материалов пластическому деформированию в приложениях к процессам обработки металлов давлением под ред. А.В. Лясникова; СПб 1995. 528 с.
2. Лясников А.В., Турусбеков К.С. Теория обработки металлов давлением: учеб. пособие. СПб: Балт. гос. техн, ун-т, 1999. 216 с.
3. Дмитриев А.М., Широков М.В., Крыкин С.А., Исследование процесса выдавливания с раздачей // Изв. вузов. Маиностроение. 1983. №3. 139 - 144 с.
4. Алиев И.С. Технологические возможности новых способов комбинированного выдавливания // КШП. 1990. №2. C. 7 - 10.
5. Исследование технологических возможностей и разработка высокопроизводительных процессов обработки металлов давлением, отчет о научно-исследовательской работе / Д.П. Кузнецов [и др.]. Ленинград, 1985, 79 с.
6. Филин Д.С., Матяшов А.Д. Повышении эффективности технологических процессов при изготовление гильз к патронам стрелкового оружия // Общероссийская молодежная научно-техническая конференция "Молодеж. Техника. Космос". 20 - 22 марта 2013 г. СПб: БГТУ. С. 179 - 181.
Филин Дмитрий Сергеевич, асс., omd_e4@mail. ru, Россия, Санкт-Петербург, Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д. Ф. Устинова
DETERMINE RATIONAL CONDITIONS CARRYING OUT THE PROCESS OF LONGITUDINAL-TRANSVERSE EXTRUSION
D.S. Filin
The article presents the results of computer modeling and process studies of longitudinal-transverse extrusion of steel billets. Established the conditions under which it is possible to manufacture semi-finished geometrical parameters and minimum energy-power costs and unit loads on the tool.
Key words: combined extrusion; coefficient of use of the material; specific loads.
Filin Dmitrii Sergeevich, assistant, omd_e4@,mail. ru, Russia, St-Petersburg, Baltic State Technical University named after D.F. Ustinov
УДК 621.77
ЗАВИСИМОСТЬ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ
СМАЗКИ (ФОСФАТИРОВАНИЕ С ОМЫЛИВАНИЕМ) ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ РАЗОГРЕВА ДЕФОРМИРУЕМОГО МЕТАЛЛА
В.И. Воронков, А. А. Хамидулина, Ю.Г. Калпин, Я. А. Соболев
Изложены результаты исследования влияния температуры на свойства смазки (фосфатирование с омыливанием) методом осадки кольцевых образцов. По предложенным схемам произведены расчеты осадки кольцевых образцов с упрочнением материала и без упрочнения. Предложена расчетная схема для вычисления криволинейной образующей кольцевого образца. По сделанным расчетам и экспериментальным данным определены факторы трения исследуемой смазки.
Ключевые слова: осадка кольцевого образца, фактор трения смазки.
При холодной обработке давлением всегда происходит некоторый разогрев металла вследствие выделения теплоты от деформации и трения. Поверхностные слои соприкасающихся материалов при обработке давлением изменяются в основном под действием значительных деформаций, развивающихся в тонком поверхностном слое, приводящих к его нагреву. Температуру деформации относят к числу важнейших факторов, влияю-
126
