CC BY
146
УДК. 621.7, 539.3
ВЛИЯНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ТОЛЩИНЫ ШЕСТИГРАННОЙ
ЗАГОТОВКИ НА КОЭФФИЦИЕНТ ВЫТЯЖКИ НА ПЕРВОЙ ОПЕРАЦИИ МНОГОПЕРЕХОДНОЙ ВЫТЯЖКИ
Исследованы факторы, влияющие на предельно допустимые коэффициенты вытяжки из шестигранной заготовки.
Ключевые слова: вытяжка, шестигранная заготовка, холодная листовая штамповка.
Продолжая исследовать процесс вытяжки из шестигранной заготовки^], рассмотрим предельно допустимые возможности использования шестигранной заготовки. Определим минимально допустимые коэффициенты вытяжки в зависимости от относительной толщины заготовки.
Для этого был спроектирован инструмент, рабочие радиусы которого соответствуют рекомендациям В. П. Романовского [2], и необходимый прижим для устранения складкообразования во фланце. Так как в справочной литературе нет рекомендаций по вытяжке из таких заготовок, то коэффициентом вытяжки будем считать отношение диаметра готового изделия к ширине заготовки твыт = ё/а, а относительной толщиной заготовки -отношение толщины плоской заготовки к ширине - (8/а)100 (рис. 1).
Был проведен ряд расчетов для получения цилиндрического изделия с относительными толщинами от 0,06 до 2. В процессе расчетов было установлено, что предельно допустимой относительной толщиной для вытяжки являются заготовки с (S/a) 100 = 0,5 в связи с тем, что при меньших
В. Д. Кухарь, А.Н. Пасько, О. А. Екимова
Рис. 1. Геометрия исследуемой заготовки
значениях происходит брак - отрыв донной части.
В ходе моделирования было установлено, что заготовки с большей относительной толщиной могут использоваться только для вытяжки с меньшими коэффициентами. Так, при относительной толщине заготовки 2 предельно допустимым коэффициентом вытяжки является 0,51. Также процесс вытяжки стабильно протекает только при относительной толщине заготовок, равной и более 0,5, при которой минимальным является коэффициент вытяжки 0,48.
Методом приближения был исследован весь интервал допустимых значений. При моделировании были выявлены такие дефекты, как складкообразование в зоне впадины, утонение стенки и отрыв донной части изделия.
Остановимся на отрыве донной части. Полученные предельные коэффициенты с его учетом показаны в табл. 1 и на графике (рис. 2).
Таблица 1
Расчетные коэффициенты вытяжки осесимметричных деталей
без фланца
Вид заготовки Значения коэффициентов при относительной толщине заготовки (8/а) 100
2 1,5 1 0,5
Шестигранная 0,5 0,48 0,48 0,48
Круглая 0,48 0,48 0,43 0,43
Рассматривая коэффициенты вытяжки для круглой заготовки, необходимо отметить, что при вытяжке тонких заготовок устойчивость заготовки меньше, чем при относительно толстых, т.е. коэффициенты вытяжки при (8/а)100 = 0,5 меньше, чем при (8/а)100 = 2.
На примере критерия разрушения Кокрофта - Лотмана [3], по которому можно качественно определить возможность разрушения, рассмотрим рассчитанные коэффициенты вытяжки из шестигранной заготовки и круглой.
Так как данный критерий является качественным, то разрушение более вероятно в местах с его максимальным значением [4]. Формула, по которой рассчитывается данный критерий, следующая:
,
где £ - накопленная пластическая деформация; - максимальное главное растягивающее напряжение; а - интенсивность напряжений.
Ш вы
0.5 0.475
0.45
0.425
0.4
0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 (й/а)100
Рис. 2. Зависимость коэффициентов вытяжки от показателей относительной толщины заготовки при учете отрыва дна: 1 - шестигранная заготовка; 2 - круглая заготовка
Полученные максимальные значения критерия изменяются в пределах от 0,5 до 0,58 в зависимости от изменения относительной толщины заготовок от ^/а)100 = 0,5 до ^/а)100 = 2 (рис. 3, а). Высокие значения этого показателя говорят о неблагоприятной схеме напряженно-деформированного состояния в этой области и возможности дальнейшего роста утонения стенки вытягиваемого стакана. Для определения критических значений этого показателя произойдет утонение большее, чем на 10 % от толщины стенки стакана, в дальнейшем необходимо провести специальные лабораторные исследования. Однако результаты проведенного исследования в работе [4] дают основание сделать вывод, что рассчитанные показатели критерия Кокрофта - Латамана методом конечных элементов, имеют тот же характер формоизменения, что и в лабораторных исследованиях.
Аналогично из круглой заготовки при ^/а)100 = 0,5 и твыт = 0,43 максимальное значение составляет 0,8, а при ^/а)100 = 2 и твыт = 0,48 -0,4. С учетом равенства показателя критерия разрушения на всем диапазоне заготовок получим следующие предельно допустимые показатели, представленные в табл. 2 и на графике (рис. 4).
Из рис. 4 видно, что кривая для круглых заготовок меняет свой характер: из монотонно возрастающей переходит в убывающую. Пересечение кривых происходит в точке, когда ^/а)100 = 1,5 и твыт = 0,48.
б
Рис. 3. Распределение показателя разрушения Кокрофта - Лотмана в толстой и тонкой заготовках: а - шестигранные; б - круглые
Таблица 2
Коэффициенты вытяжки осесимметричных деталей без фланца
с учетом критерия разрушения
Вид заготовки Значения коэффициентов пр] готовки и относительной толщине за-(8/а) 100
2 1,5 1 0,5
Шестигранная 0,52 0,48 0,48 0,48
Круглая 0,48 0,48 0,5 0,53
0.525
0.5
0.475
0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 (й/а)100
Рис. 4. Зависимость коэффициентов вытяжки от показателей относительной толщины заготовки: 1 - круглая заготовка; 2 - шестигранная заготовка
Любые складки, трещины на поверхности металла являются концентраторами напряжений, которые могут привести к разрушению при дальнейших формоизменяющих операциях. Учитывая дополнительно оставшиеся дефекты (утонение стенки и складкообразование) при вытяжке, получим окончательные предельные коэффициенты вытяжки. Так как исследование проводили на пластичном металле, к которому относятся сталь 08кп, 05, алюминий и другие, то коэффициенты вытяжки необходимо брать на 1,5...2 % больше [2]. Таким образом, получаем кривую зависимости коэффициентов вытяжки от относительной толщины для круглой заготовки, соответствующую данным, приведенным в справочной литературе [2]. Соответственно и для показателей из шестигранной заготовки значения увеличим на 1,5.2 %, и получим окончательные значения коэффициентов вытяжки. Полученные данные представлены в табл. 3 и на рис. 5.
Таблица 3
Рекомендуемые коэффициенты вытяжки осесимметричных
деталей без фланца
Коэффициент вытяжки Значения коэффициентов при относительной толщине заготовки (8/а) 100
2-1,5 1,5-1 1-0,5
Шестигранная 0,59-0,57 0,57-0,55 0,55-0,49
Круглая 0,46-0,5 0,5-0,53 0,53-0,56
0.575 0.55 0.525 0.5 0.475
0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 (S/a)100
Рис. 5. Зависимости коэффициентов вытяжки от показателей относительной толщины заготовки: 1 - шестигранная заготовка;
2 - круглая заготовка (Романовский В.П.); 3 - круглая заготовка
(расчет)
Характер кривых различен: для круглой заготовки при увеличении относительной толщины заготовки коэффициент вытяжки уменьшается, для шестигранной заготовки зависимость обратная - при увеличении относительной толщины заготовки коэффициент вытяжки увеличивается. При S/a ~ 0,9 и твыт = 0,54 кривые пересекаются, из чего следует вывод, что использование тонких шестигранных заготовок при S/a ~ 0,5 - 0,9 для вытяжки выгоднее, чем круглых.
Список литературы
1. Кухарь В.Д., Бойко О.А. Вытяжка шестигранной заготовки в цилиндрическую матрицу // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула; Изд-во ТулГУ. 2012. Вып.12. С. 60-66.
2. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Л.: Машиностроение, 1979. 520 с.
3. 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. 1968. V. 96. P. 33.
4. Песин А.М., Салганик В.М., Пустовойтов Д.О. Моделирование формоизменения поверхностных трещин непрерывнолитого сляба при
черновой прокатке на широкополосном стане http://www.tesis.com.ru/ infocenter/downloads/deform/deform es10 maggtu2.pdf.
Кухарь Владимир Денисович, д-р техн. наук, проф., проректор , 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., Россия, Тула, Тульский государственный университет
THE EFFECT OF THE RELA TIVE THICKNESS OF THE HEXAGONAL WORKPIECE ON THE DRA WING RATIO AT THE FIRST OF THE FIRST OPERATIONMNOGOVER-
SHINNOE HOODS
V.D. Kukhar, A.N. Pasko, O.A. Ekimova
The factors that affect the maximum allowable reduction ratio of hexagonal blanks are analyzed.
Key words: hood, nut harvesting, 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 aleksey. n.pasko@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Ekimova Oksana Anatolievna, postgraduate, Boyko-OA@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University
