Влияние основных технологических параметров на силовые и деформационные характеристики второй операции вытяжки Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК. 621.7, 539.3

ВЛИЯНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА СИЛОВЫЕ И ДЕФОРМАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВТОРОЙ ОПЕРАЦИИ ВЫТЯЖКИ

В. Д. Кухарь, А.Н. Пасько, О. А. Екимова

Проведено теоретическое исследование второй операции вытяжки технологического процесса изготовления детали типа стакан.

Ключевые слова: вытяжка, холодная листовая штамповка.

С целью более глубокого изучения влияния технологических параметров процесса вытяжки и прямого выдавливания на изменение силовых, деформационных параметров и степень использования ресурса пластичности материала было проведено исследование с использованием аппарата математической статистики и теории планирования многофакторного эксперимента на основе результатов моделирования операций с помощью программного комплекса QForm2D/3D[1].

В качестве материала заготовки рассматривалась Сталь 08кп, а оборудования - стандартный механический пресс номинальной силой 10МН [2]. Используя результаты предварительных экспериментов в реальном диапазоне изменения геометрических размеров заготовки, в качестве варьируемых входных факторов были выбраны: коэффициент вытяжки

твыт = , где с!ст - диаметр корончатого стакана, с! - диаметр вытяж-

51 /

ной матрицы; коэффициент утонения тут = , где Бст - толщина корончатого стакана, 5 - толщина изделия после операции вытяжка-выдавливание; угол наклона матрицы а (рис. 1).

В качестве выходных параметров (функции отклика), характеризующих совмещенный процесс вытяжки и прямого выдавливание, приняты сила процесса, максимальная накопленная пластическая деформация, критерий разрушения Кокрофта-Латамана [3], который рассчитывается по формуле

где е - накопленная пластическая деформация; а* - максимальное главное растягивающее напряжение; а - интенсивность напряжений.

Задача сводится к построению вторичной математической модели зависимости силы, деформаций и критерия разрушения от факторов, ха-

растеризующих геометрию заготовки.

Рис. 1. Схема совмещенного процесса вытяжки и прямого выдавливания

Предварительный анализ показал, что эти зависимости имеют нелинейный характер, поэтому для их описания использовали полиномиальную модель второго порядка:

у = ь0 + ¿1X + Ь2Х2 + ¿3Х3 + М12 + Ь22Х22 + ¿33Х33 + ¿12Х1Х2 + ¿23Х2Х3 + ¿13XХ3 ,

где у - значение выходного параметра (функции отклика); ¿о, ¿1, ¿11, -коэффициенты регрессии; х1, Xj - кодированные значения входных параметров;

X' = (Х - Хо )Лх,

где х1 - натуральное значение фактора; хю - натуральное значение основного уровня,

x.

i0 (ximax + Ximin V2 ;

Axj - интервал варьирования,

= (Xi max — Xi min )/2 ;

i - номер фактора: k - количество факторов.

В табл. 1 представлена матрица планирования полного трехфактор-ного эксперимента, где -1, 0, +1 обозначены соответственно нижний, основной и верхний уровни рассматриваемых факторов.

Для установки интервалов варьирования были проведены предварительные расчеты. Для поиска верхнего уровня были рассчитаны варианты с коэффициентами вытяжки ШвЫт = 0,8...0,9 и утонения тут = 0,7...0,9

и углом наклона матрицы a = 50o , a= 65o , a = 80o . Для поиска нижнего уровня были рассчитаны варианты с коэффициентами вытяжки твыт = 0,5...0,6 и утонения тут = 0,5...0,6 и углом наклона матрицы

а = 10...200.

В процессе этих расчетов было установлено, что при коэффициентах вытяжки твыт = 0,8...0,9 и утонения тут = 0,7...0,9 и углом наклона

матрицы а = 500, не наблюдается получения полезной высоты, так как степень деформации недостаточная для совмещенного процесса вытяжки и

выдавливания. При углах матрицы а = 65...800, так же полезной высоты нет - высота конусной части полуфабриката больше высоты цилиндрического стакана, т.е. при подрезке торца большая часть металла уйдет в отход.

Таким образом, верхний уровень состоит из коэффициентов твыт = 0,8 и тут = 0,7 и угла наклона матрицы а = 500.

При поиске нижнего уровня было установлено, что минимальный угол наклона матрицы а = 200 как при коэффициенте вытяжки твыт = 0,5, так и при твЫт = 0,6.

Таким образом, нижним уровнем являются твыт = 0,6 и тут = 0,5 и

угол наклона матрицы а = 200.

Обозначим х1, х2, х3 кодовое значение факторов, которые связаны с действительными значениями следующими соотношениями:

х = твыт - 0,7 . к = ^ут - 0,6 . Х = 0,1 ; = 0,1 ; а-35

А

15

В табл. 2 представлены уровни факторов численных экспериментов. С учетом рассчитанных коэффициентов уравнение регрессии для выходных параметров, характеризующих усилие процесса и накопленную пластическую деформацию, примет вид

у\ = 0.7807 -0.1861*!- 0.1489г2 — 0.105^ + 0.5406*? + 0.052 + 0.1292*2*3+ 0.3472*1 + 0.2472*| - 0.1311*|;

,

где у1 - сила; у2 - накопленная пластическая деформация; у3 - критерий разрушения Кокрофта-Латамана.

Необходимые расчеты по определению коэффициентов регрессии были выполнены по программе Ram3_10.exe, разработанной на кафедре МПФ ТулГУ.

Полученная математическая модель проверялась на адекватность с помощью Б-критерия (критерия Фишера), значимость коэффициентов модели - по 1;-критерию Стьюдента при уровне значимости 5 % [4, 5]. Полученные уравнения регрессии дают возможность определить усилие операции и максимальную накопленную пластическую деформацию изделия при любом сочетании указанных факторов из их области определения. На рис. 2 - 4 показаны поверхности, определяющие силу операции и максимальную накопленную пластическую деформацию детали в зависимости от коэффициента вытяжки твыт и коэффициента утонения тут при различных углах наклона матрицы а.

Таблица 1

Матрица планирования эксперимента^_

№ х\ х2 х3

1 1 1 1

2 1 1 0

3 1 1

4 1 0 1

5 1 0

6 1 0

7 1 1

8 1

9 1

10 0 1 1

11 0 1

12 0 1

13 0 0 1

14 0 0

15 0 0

16 0 1

17 0

18 0

19 1 1

20 1

21 1

22 0 1

23 0

24 0

25 -1 1

26 -1 0

27 -1 -1

Таблица 2

Уровни факторов и интервалы варьирования

Обозначение фактора х1 х2 х3

Наименование фактора Швыт ШуТ а

Область эксперимента

Основной уровень 0,7 0,6 35

Интервал варьирования 0,1 0,1 0,15

Нижний уровень 0,6 0,5 20

Верхний уровень 0,8 0,7 50

Анализ полученных графиков (рис. 2) показывает, что все рассматриваемые технологические параметры совмещенных вытяжки и прямого выдавливания по-разному влияют на усилие операции. Так коэффициент вытяжки неоднозначно влияет, наименьший показатель силы наблюдается при твьт=0,7.

Уменьшение коэффициента утонения стенки корончатого стакана оказывает тем большее воздействие на силу процесса, чем меньше угол наклона матрицы. Так, при тут=0,5 изменение угла от 50 до 20° приводит к увеличению усилия операции на 28 %.

Анализ полученных графиков (рис. 3) показывает, что показатель накопленной пластической деформации аналогично силе в большей степени зависит от коэффициента утонения. Так, при угле наклона матрицы 20° изменение коэффициента утонения от 0,5 до 0,7 приводит к уменьшению накопленной пластической деформации на 50 %.

Анализ полученных графиков (рис. 4) зависимости критерия разрушения Кокрофта - Латамана от коэффициентов вытяжки и утонения показал, что фактор разрушения зависит от коэффициента утонения и угла наклона матрицы.

При всех рассматриваемых технологических параметрах стабильно будут протекать операции с углом наклона матрицы в 500. В области с наибольшим изменением толщины стенки стакана, которой соответствует Зут= 0,5...0,56 для а = 35° и 8ут= 0,6...0,5 для а = 20°, получаемая деталь (или полуфабрикат) накапливает наибольше показатели критерия разрушения.

а

б

Рис. 2. Зависимость усилия процесса от коэффициентов вытяжки твыт и угла наклона матрицы а: а - поверхности; б - сечения плоскостями равного уровня

а

б

Рис. 3. Зависимость накопленной пластической деформации процесса от коэффициентов вытяжки твыт и угла наклона матрицы а: а - поверхности; б - сечения плоскостями равного уровня

а

б

Рис. 4. Зависимость критерия разрушения Кокрофта-Латамана от коэффициентов вытяжки твыт и утонения тут : а - поверхности; б - сечения плоскостями равного уровня

Таким образом, благоприятными факторами для проведения совмещенного процесса вытяжки и выдавливания будут являться твыт = 0,65 - 0,8; mym = 0,6 - 0,7; а = 50°.

Список литературы

5. Биба Н.В., Стебунов С.А. QForm 5.0 - программный инструмент для повышения эффективности производства в обработке металлов давлением. 2008.

6. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Л.: Машиностроение, 1979. 520 с.

7. Cockcroft M.G., Latham D.J. A Simple Criterion of Fracture for Ductile Metals // National Eng. Laboratory Report 240, July 1966. Ductility and Workability of Metals // Journal of the Institute of Metals. V. 96. 1968. P. 33.

8. Романов В.Н. Планирование эксперимента: учеб. пособие. СПб,

1992.

9. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука; 1976. 280 с.

Кухарь Владимир Денисович, д-р техн. наук, проф., проректор Vladimir. D.Kuchar@tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Пасько Алексей Николаевич, д-р техн. наук, проф., aleksey.n.pasko@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Екимова Оксана Анатольевна, асп., Boyko-OA@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

THE EFFECT OF THE RELATIVE THICKNESS OF THE WORKPIECE ON THE DRA WING RA TIO A T THE SECOND TRANSITION IS REVERSIBLE HOOD

V.D. Kukhar, A.N. Pasko, O.A. Ekimova

The theoretical study of the second operation of the extrusion process of manufacturing parts like glass.

Key words: range hood, cold stamping.

Kukhar Vladimir Denisovich, doctor of technical sciences, professor, the prorector, Vladimir. D.Kuchar@tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Pasko Alexei Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor alek-sey.n.pasko@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Ekimova Oksana Anatolievna, postgraduate, Boyko-OA@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University