CC BY
18
4.Фирсанов Вал.В. Напряженное состояние типа «пограничный слой» - краевое кручение прямоугольной пластинки // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2016. №6. С.44-51.
5.Фирсанов Вал.В., Доан Ч.Н., Хиеу Л.Ч. Уточненная теория расчета напряженно-деформированного состояния цилиндрической оболочки переменной толщины // Вестник МАИ. 2013. Т.20. № 4. C198-21L
6.Фирсанов Вал.В., Доан Ч.Н. Энергетически согласованный подход к исследованию упругих оболочек произвольной геометрии// Вестник МАИ. 2011. Т.18. №1. С.194-207.
References
1. Firsanov V.V. (2010). Boundary layer and its influence on strength of cylindrical shell with a variable thickness, VestnikMAI, Vol.17, №5, 212-218.
2. V.V. Firsanov and T.N. Doan (2011). Energy-Consistent theory of cylindrical shells, Journal of Machinery Manufacture and Reliability, Vol. 40, No.6, pp.543-548.
3. Firsanov V.V., Doan T.N. (2015). Investigation of the statics and free vibrations of cylindrical shells on the basis of a neoclassical theory, Composites: Mechanics, Computations, Applications: An International Journal/ Begell House, INC., Vol.6, Issue 2, p 135-166.
4. Firsanov V.V. (2016). Stress state called as "boundary layer" is boundary torsion of the rectangular plate, Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings , №6, pp. 44-51.
5. Firsanov Val.V., Doan T.N., Hieu L.T.(2013). The update theory calculation of the strain stress state of cylindrical shells with variable thickness, Vestnik MAI, Vol.20, №4, pp.198-211.
6.Firsanov Val. V., Doan T.N. (2011). Energy concerted the approach to research of elastic arbitrary shells, Vestnik MAI, Vol.18, №1, pp. 194-207.
ANALISIS OF THE "BOUNDARY LAYER" STRESS-STRAIN STATE IN FRAMES OF THE NONCLASSICAL CYLINDRICAL SHELL THEORY
Val.V. Firsanov
Moscow Aviation Institute, Moscow, Russia
Two variants of a refined theory of determining the stress-strain state in the boundary zone of a cylindrical shells are represented. As an example the calculations of a shell with rigidly restrained on two edges and under the influence of local distributed and concentrated loadings is considered. The Comparison of calculation results of the stress-strain state shell obtained in this work and by the classical theory is given.
KEY WORDS: closed cylindrical shell, two variants of refined theory, approximation by polinomials, virtual principle of Lagrange, edge conditions, Laplace transform, local loading,
the characteristic equation, "boundary layer", normal transverse stress.
^ ^ ^
Расчет машиностроительных конструкций
ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ ЗАГОТОВКИ НА КАЧЕСТВО ШТАМПОВАННЫХ ИЗДЕЛИЙ
Ю.А. МОРОЗОВ канд. техн. наук, доц.* Е.Ю. ВЕРХОВ канд. техн. наук, доц. Е.В. КРУТИНА канд. техн. наук, доц. Московский политехнический университет
111250, Москва, Б. Семеновская, 38, т. 8(916)877-66-96*; akafest@,mail.ru*
Исследуется возможность получения штампованных изделий из заготовок прямоугольной формы с обрезанными и необрезанными углами. Приводятся экспериментальные измерения упругих искажений боковых стенок от идеального контура детали. Даются рекомендации по проектированию штамповой оснастки и повышению качества вытягиваемых изделий коробчатых форм.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: листовая вытяжка; координатная сетка; искажение формы; потеря устойчивости.
Главным критерием качественного формообразования является вытяжка без разрушения, т.е., обеспечение такого напряженного состояния, при котором в стенках вытягиваемой заготовки не возникает растягивающих напряжений, приводящих к разрыву металла [1-3].
В справочной литературе имеется большое количество рекомендаций по определению оптимальной формы заготовок, обеспечивающих качественное получение деталей коробчатой формы [4]. Однако, существует технологический дефект как волнистость стенок детали, с которым дело обстоит гораздо сложнее, т.к. порой ни при каких формах и размерах заготовки с ним не удается справиться.
Исследование подобной задачи производилось на примере детали «Крышка», входящей в комплектацию холодильных установок промышленного типа, вытягиваемой из заготовки стали 08кп размерами 0,7*475*390 мм.
Натяжение заготовки при вытяжке осуществляется перетяжными порогами, установленными по одному вдоль длинных сторон полости матрицы. Причем перед вытяжкой в соответствии с общепринятыми рекомендациями в заготовках обрезают углы (рис. 1, а) [5].
Рис. 1. Деталь «Крышка», полученная из заготовки с обрезанными (а) и необрезанными (б) углами
Возникшие при этом на боковых стенках готового изделия упругие волнообразные прогибы - так называемые «хлопуны», портили его внешний вид и эксплуатационные характеристики.
В эксперименте по исследованию возможности экономии металла для вытяжки той же детали использовали заготовку меньших размеров 0,7*430*360 мм, причем перед вытяжкой углы заготовки не обрезали, и получили такую же качественную деталь, но вид стенок был значительно лучше (рис. 1, б).
Для объяснения полученных результатов вытягивали по три детали с обрезанными и необрезанными углами из заготовок одинаковых габаритных размеров 0,7*475*390 мм. На одной длинной и одной короткой боковых стенок наносили координатную сетку и, используя вертикальный магнитный стол, замеряли упругие искажения - волнистость.
Полученные результаты указывают на принципиальное различие качественных показателей вытяжки:
- использование заготовок с обрезанными углами приводит к волнообразному отклонению длинных стенок до 1,5 мм от идеального контура детали, что делает заметной искажение формы и портит внешний вид изделий (рис. 2);
- использование заготовок с необрезанными углами увеличивает абсолютное искажение до 2,1 мм, но позволяет получить плавный (без волн) прогиб.
Таким образом, несмотря на то, что меньшая волнообразность наблюдается на заготовках с обрезанными углами, лучший внешний вид изделий обеспечивается заготовками с необрезанными углами.
мм
Заготовка с обрезанными углами
1 2 3
У
3 4 5 6 7 в 9 ю // 12 13 # 15 /6 17 19 20 21
\ 1
\ / V А >
N ■— /у <ч 7 -ч \
ч / г
мм
Заготовка с необрезанными углами
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 15 16 17 18 19 20 21
V
\
\ ,1
Ч ч
J
Рис. 2. Величина волнистости вдоль линии L2 на длинной стенке изделия (цифрами 1, 2, 3 отмечены результаты замеров для трех разных изделий)
Дополнительное натяжение заготовки за счет углов фланца практически не влияет на качество поверхности коротких стенок изделия (рис. 3).
Заготовка с обрезанными углами
мм
1 2 5 4 5 6 7 в 9 10 и 12
А
\ Л & Г
г/" % И
3
Заготовка с необрезанными углами
мм
1 2 5 ¥ 5 6 7 8 9 Ю 11 12
и А
//
А У
43
Рис. 3. Величина волнистости вдоль линии L2 на короткой стенке изделия
В результате, отклонение поверхности детали от своей плоскостности с образованием волнистости стенок является следствием неэффективно работающего прижима, что необходимо учитывать при вытяжке.
Для повышения качества стенок коробчатых деталей полученных вытяжкой, предлагается новое решение: при обычной технологии вытяжки, листовая прямоугольная в плане заготовка 2 втягивается в матрицу 1 (рис. 4). При этом в
любой точке фланца действуют сжимающие тангенциальные ое и растягивающие радиальные ор напряжения. Перетяжные пороги 3 осуществляют торможение фланца заготовки в направлении его радиального перемещения р, в результате чего величина радиальных растягивающих напряжений увеличивается, тем самым уменьшается вероятность гофрообразования [6-8].
Использование дополнительных тормозных ребер 4 при перемещении фланца в полость матрицы, приведет к появлению сил Р, создающих дифференцированное растяжение металла на отдельных участках заготовки в тангенциальном направлении в [9].
За счет дополнительного растяжения фланца в зонах I величина сжимающих тангенциальных напряжений уменьшается, вследствие чего предотвращаются потери устойчивости и образование гофр в этих зонах.
Выводы: Создание дополнительного сопротивления перемещению металла в углах плоской заготовки обеспечит повышение качества вытягиваемых коробчатых деталей, как с фланцем, так и без фланца и экономию металла за счет значительного сокращения массы технологического припуска.
1. Морозов Ю.А., Верхов Е.Ю., Фролов А.А. Напряженное состояние материала в условиях неравномерных деформаций листовой штамповки // Современные автомобильные материалы и технологии (САМИТ-2015): сборник статей VII Международной научно-технической конференции 27 ноября 2015 г. Курск: ЮЗГУ, 2015. С. 133-142.
2. Верхов Е.Ю., Морозов Ю.А. Анализ и разработка технологии изготовления гнутых толстолистовых деталей // Вестник московского государственного открытого университета. Москва. Техника и Технология. М.: МГОУ. №4 (6), 2011. С. 14-19.
3. I.G. Roberov, L.S. Kokhan, Yu.A. Morozov and A. V. Borisov. Model of wall thinning in shaping relief surfaces. Steel in Translation, 2009, Volume 39, Number 5, Pages 379-381.
4. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Л.: Машиностроение,
Рис. 4. Матрица для листовой вытяжки Л и т е р а т у р а
1979. 520 с.
5. Верхов Е.Ю., Тетерин Г.П., Российский Ю.В. Влияние формы заготовки на качество стенок коробчатых деталей / Кузнечно-штамповочное производство: научно-технический журнал. М.: Машиностроение, 1990. №6. С. 13, 14.
6. Морозов Ю.А., Верхов Е.Ю., Крутина Е.В. Анализ влияния профилей тормозных участков вытяжных штампов на возможность получения качественных изделий сложной формы из листовых металлов // Заготовительные производства в машиностроении. М.: Машиностроение, 2016. №1. С. 19-24.
7. J.H. Wiebenga, E.H. Atzema, Y.G. An, H. Vegter, A.H. van den Boogaard. Effect of material scatter on the plastic behavior and stretchability in sheet metal forming. Journal of Materials Processing Technology, Volume 214, Issue 2, February 2014, Pages 238-252.
8. Верхов Е.Ю., Морозов Ю.А., Фролов А.А. Прижим вытяжного штампа для качественного получения сложных листовых деталей // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. - 2015. - Вып. 2. - С. 11-17.
9. А.с. 1542664 СССР, МПК B 21 D 22/20. Способ изготовления коробчатых деталей [Текст] / Е.Ю. Верхов, Г.П. Тетерин, Ю.В. Россинский, А.И. Богатырев, Ю.Н. Гомо-зов, Г.В. Зайцев и С.А. Кириллов. (СССР) 4368322/25-27; заявлено 28.10.87; опубл. 15.02.90, Бюл. №6.
R e f e r e n c e s
1. Verkhov E.Yu., Morozov Yu.А., Frolov А.А. (2015). Napryazhennoe sostoyanie materiala v usloviyakh neravnomernykh deformatsiy listovoy shtampovki [The stress state of the material in a nonuniform deformation stamping]. Sovremennye avtomobil'nye materialy i tekhnologii (SAMIT-2015): sbornik statey VII Mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii 27 noyabrya 2015. Kursk: YuZGU, pp. 133-142.
2. Verkhov E.Yu., Morozov Yu.A. (2011). Analiz i razrabotka tekhnologii izgotovleniya gnutykh tolstolistovykh detaley [Analysis and development of manufacturing technology for plate bent parts]. Vestnik moskovskogo gosudarstvennogo otkrytogo universiteta. Moskva. Tekhnika i Tekhnologiya. Moscow: MGOU, no. 4 (6), pp. 14-19.
3. I.G. Roberov, L.S. Kokhan, Yu.A. Morozov andA.V. Borisov (2009). Model of wall thinning in shaping relief surfaces. Steel in Translation, Volume 39, Number 5, Pages 379-381.
4. Romanovskiy V.P. (1979). Spravochnikpo kholodnoy shtampovke [Handbook of cold stamping]. Leningrad: Mashinostroenie. 520 p.
5.Verkhov E.Yu., Teterin G.P., Rossinskiy Yu.V. (1990) Vliyanie formy zagotovki na kachestvo stenok korobchatykh detaley [Effect of the workpiece on the quality of the wall box parts]. Kuznechno-shtampovochnoeproizvodstvo: Nauchno-tekhnicheskiy zhurnal. Moscow: Mashinostroenie, no. 6, pp. 13, 14.
6.Morozov Yu.A, Verkhov E.Yu., Krutina E.V. (2016). Analiz vliyaniya profiley tormoznykh uchastkov vytyazhnykh shtampov na vozmozhnost' polucheniya kachestvennykh izdeliy slozhnoy formy iz listovykh metallov [Receiving qualitative products at the sheet extract with the clip]. Zagotovitel'nye proizvodstva v mashinostroenii. Moscow: Mashinostroenie, no. 1, pp. 19-24.
7..J.H. Wiebenga, E.H. Atzema, Y.G. An, H. Vegter, A.H. van den Boogaard (2014). Effect of material scatter on the plastic behavior and stretchability in sheet metal forming. Journal of Materials Processing Technology, Volume 214, Issue 2, Pages 238-252.
8.Verkhov E.Yu., Morozov Yu.A, Frolov А.А. (2015). Prizhim vytyazhnogo shtampa dlya kachestvennogo polucheniya slozhnykh listovykh detaleyi [Clamp drawing die for high-quality produce complex sheet metal parts]. Stroitel'naya mekhanika inzhenernykh konstruktsiy i sooruzheniy: no. 2, pp. 11-17.
9. Verkhov E.Yu., Teterin G.P., Rossinskiy Yu.V., Bogatyrev A.I., Gomozov Yu.N., Zaytsev G.V. and Kirillov S.A. (1990). A.s. 1542664 USSR (Patent of the USSR), MPK B 21 D 22/20. Sposob izgotovleniya korobchatykh detaley.
EFFECT OF THE FORM OF BLANK ON QUALITY OF INDICATOR PRESSWORK
Yu.A. Morozov, E.Yu. Verkhov, E.V. Krutina
Moscow Polytechnic University, Moscow
The possibility of obtaining forged products from billets of rectangular shape with cut and uncut edges. Experimental measurements of elastic distortion of the side walls from the ideal contour details. Recommendations for the design of die tooling and improve the quality of extractable product box shapes.
KEY WORDS: sheet extract; coordinate grid; distortion of a form; stability loss.
