CC BY
8
Khrychev Ivan Sergeevich, student, mpf-tula@,rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.77; 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-3-122-126
ВЛИЯНИЕ ПРОФИЛЯ ЗАХОДНОЙ ЧАСТИ МАТРИЦЫ НА ГЕОМЕТРИЮ ИЗДЕЛИЙ ПРИ ВЫТЯЖКЕ КРУГЛЫХ ЗАГОТОВОК
Н.А. Самсонов, И.С. Хрычев
Операция вытяжки листовых металлических заготовок практически всегда сопровождается образованием неравномерностей на их торцевой поверхности, что объясняется анизотропией механических свойств материала. Неравномерность перемещения краевых зон листовой заготовки будет реализована посредством использования матриц с профильной за-ходной частью. В данной работе выполнен поиск оптимальной геометрии матрицы, позволяющий получить наименьшую неравномерность геометрии на торцах при наилучшем напряженно-деформируемом состоянии деталей. Исследовалось влияние размеров свободных поверхностей профильной части матрицы, вариантов сопряжения профиля матрицы и заходно-го элемента, а так же величины скруглений на рабочих кромках. Приводятся результаты исследований вытяжки листовой круглой заготовки через матрицу с профильной заходной частью. Получены зависимости влияния геометрии заходной части матрицы на величину фестонов в получаемой детали. Выполнен ряд опытов для рассмотренной геометрии матрицы. Получены результаты в виде эскизов изделий с нанесенным распределением средних нормальных напряжений, интенсивностей напряжений и критерия разрушения заготовки. Выявлено, что обеспечение минимальных радиусов помимо формирования неравномерности геометрии торцовой части изделия приводит к увеличению максимальных растягивающих напряжений в изделии при вытяжке.
Ключевые слова: вытяжка, фестонообразование, геометрические характеристики, штамповка.
В работе [1] установлено, что обеспечение разных условий трения на опорной и рабочей поверхностях матрицы позволяют обеспечить неравномерное течение краевых элементов заготовки. В перспективе это позволит обеспечить при вытяжке заготовок с явной анизотропией получать изделия с равномерной геометрией торцовых частей. В данной работе выполнен поиск оптимальной геометрии матрицы, позволяющий получить наименьшую неравномерность геометрии на торцах при наилучшем напряженно-деформируемом состоянии деталей. Исследовалось влияние размеров свободных поверхностей профильной части матрицы, вариантов сопряжения профиля матрицы и заходного элемента, а также величины скруглений на рабочих кромках.
На рис. 1 представлена схема операции вытяжки. Заготовка (1) укладывается на рабочую поверхность матрицы (2) с профильной рабочей частью (рис. 2). В процессе деформирования обеспечивается прижим заготовки (4). Моделирование выполнялось в программе DEFORM. Заготовкой являлся круг диаметром D0 = 50 мм, толщиной s = 2 мм. Материал -сталь10. Диаметр отверстия в матрице D-u = 36,6 мм.
Рассмотрены разные варианты геометрии рабочей поверхности матрицы. Глубина профильной части принималась равной h = 4s .
Рассматривалась возможность вытяжки через матрицу с разными вариантами геометрии, приведенной на рис. 2. В частности, рассматривались варианты геометрии профильной части с вертикальным переходом от базовой части профильной надставки к ее основанию (рис. 2, а), с коническим переходом (рис. 2, б) и с радиальным переходом (рис. 2, в). Наибольшая ширина профиля варьировалась B /Dматр = 1,35... 1,6 мм. Радиус выступов профиля
R /Dматр = 1 мм. Радиус скругления матрицы r/s = 0,5...2,5мм. Радиус скругления профиля
заходного элемента 1\/ s = 0,5... 1,5.
а б
Рис. 1. Схема вытяжки (а) и эскиз матрицы (б)
а б в
Рис. 2. Выбор геометрии матрицы
Выполнен ряд опытов для рассмотренной геометрии матрицы. Получены результаты в виде эскизов изделий с нанесенным распределением средних нормальных напряжений, интен-сивностей напряжений и критерия разрушения заготовки.
На рис. 3 представлены схемы изделий, позволяющие оценить влияние профильной геометрии матриц по варианту, представленному на рис 2, а на величины средних напряжений и формирование геометрии детали.
вфг- )
В / О матр 1,35 В / О матр 1,5 В / Оматр 1,6
Чг^ Н-ч ' I '- -
г! ■ меап<мнэ]
:
I
1
I I
1
I I
В / О матр 1,35 В / ° матр 1,5 В / °матр
б
= 1,6
Рис. 3. Схемы с распределением величины средних напряжений:
а - г / 5 = 0,5 ; б - г / 5 = 3 123
а
На рис. 4 представлены схемы изделий, позволяющие оценить влияние профильной геометрии матриц по варианту, представленному на рис 2, б на величины средних напряжений.
'.'.-ml.1-.:
В / О матр 1,35 В / О матр 1,5 В / Оматр 1,6
B / D
матр
= 1,35 B /Dматn =1,5 B /Dматр = 1,6
матр б
Рис. 3. Схемы с распределением величины средних напряжений: а - г / 5 = 0,5 ; б - г / 5 = 3
На рис. 4 представлены схемы изделий, позволяющие оценить влияние профильной геометрии матриц по варианту, представленному на рис 2, в на величины средних напряжений.
B / D матр 1,35 B / D матр 1,5 B / Dматр 1,6
B / D матр 1,35 B / D матр 1,5 B / Dматр 1,6
б
Рис. 4. Схемы с распределением величины средних напряжений: а - r / s = 0,5 ; б - r / s = 3
Сравнение и анализ полученных данных позволяют сказать, что обеспечение минимального радиуса г позволяет добиться максимальной неравномерности геометрии торцовой части изделия при вытяжке изотропных заготовок. В тоже время существует зависимость гео-
а
а
метрии торцовой части изделий от профиля заходной части матрицы. При вытяжке на матрицах с профильной заходной частью по схеме, представленной на рис. 2, а обеспечивается наибольшая неравномерность геометрии торцовой части изделия. При вытяжке через матрицу с профилем заходной части с менее резким переходом от базовой части к рабочей поверхности матрицы достигается меньшая неравномерность геометрии по высоте детали. Кроме есть зависимость влияния геометрии на напряженное состояние заготовки. Установлено, что применение матриц с профилем, представленным на рис. 2, а дает более равномерное напряжённое состояние и меньшие значения растягивающих напряжений, что возможно связано с уменьшением площади контакта заготовки и базовой поверхности матрицы. Обеспечение минимальных радиусов г помимо формирования неравномерности геометрии торцовой части изделия приводит к увеличению максимальных растягивающих напряжений в изделии при вытяжке.
В таблице приведены данные по высотам формируемых оболочек. В частности, указаны высота детали по выступам и впадинам для рассмотренных вариантов геометрии.
Данные по высотам формируемых оболочек
Параметры B / D матр -1,35 B / Dматр I,5 B / D матр I,6
r / s = 0,5 13,6/16,5 13,6/16,8 13,6/16,7
r / s = 3 13,9/15,1 13,7/15,3 13,7/15
r / s = 0,5 13,9/14,6 13,6/15,5 13,8/15,2
r / s = 3 14,0/14,6 13,7/15 14,7/13,85
r / s = 0,5 13,8/14,6 13,8/14,6 14/14,7
r / s = 3 14/14,9 13,85/14,8 14/14,8
Анализ полученных данных позволяет сказать, что при вытяжке цилиндрических оболочек через матрицу с профильной заходной поверхностью, шириной B / Dматр = 1,5 с геометрией профиля, соответствующей рис. 2, а и минимально возможными радиусами перехода r обеспечивается максимальная неравномерность геометрии торцовой части изделия при вытяжке изотропных заготовок. Соответственно при вытяжке анизотропных заготовок должны получаться изделия с минимальной неравномерностью геометрии по высоте детали. Но стоит сказать, что ввиду возможности формирования в стенке детали критических растягивающих напряжений следует держать интервал величин r / 5 = 1,5...3.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант РФФИ № 20-38-90021.
Список литературы
1. Яковлев С.П., Яковлев С.С., Андрейченко В.А. Обработка давлением анизотропных материалов. Кишинев: Квант. 1997. 331 с.
2. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1968. 283 с.
3. Богатов А.А., Мижирицкий О.И., Смирнов С.В. Ресурс пластичности металлов при обработке давлением. М.: Металлургия, 1984. 144 с.
4. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977. 423 с.
Самсонов Никита Алексеевич, аспирант, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский Государственный Университет,
Хрычев Иван Сергеевич, студент, sulee@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
INFLUENCE OF THE PROFILE OF THE DIE ENTRY-PART ON THE GEOMETRY OF THE PRODUCTS DURING THE DRAWING OF ROUND BLANKS
N.A. Samsonov, I.S. Khrychev 125
The operation of drawing sheet metal blanks is almost always accompanied by the formation of irregularities on their end surface, which is explained by the anisotropy of the mechanical properties of the material. The uneven movement of the edge zones of the sheet blank will be realized through the use of dies with a profile lead-in. In this work, a search was made for the optimal geometry of the matrix, which makes it possible to obtain the least non-uniformity of the geometry at the ends with the best stress-strain state of the parts. The influence of the dimensions of the free surfaces of the profile part of the matrix, the options for mating the profile of the matrix and the lead-in element, as well as the size of roundings on the working edges, were studied. The results of studies of drawing a sheet round billet through a die with a profile lead-in are presented. Dependences of the influence of the geometry of the lead-in part of the matrix on the size of the scallops in the resulting part are obtained. A number of experiments were carried out for the considered geometry of the matrix. The results are obtained in the form of sketches of products with an applied distribution of average normal stresses, stress intensities and a criterion for the destruction of the workpiece. It was revealed that the provision of minimum radii, in addition to the formation of uneven geometry of the end part of the product, leads to an increase in the maximum tensile stresses in the product during drawing.
Key words: drawing, scalloping, geometric characteristics, stamping.
Samsonov Nikita Alekseevich, postgraduate, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula state University,
Khrychev Ivan Sergeevich, student, mpf-tula@,rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.98.04
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-3-126-48
ОСОБЕННОСТИ ПЛАСТИЧЕСКОГО ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ ПРИ ОТБОРТОВКЕ С УТОНЕНИЕМ ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
Е.Д. Грязева
В работе приводятся результаты исследования, которые касаются определения предельных возможностей утонения при различных факторах трения в процессе отбортовки. Также анализируются технологическая сила и средние напряжения при обработке металлов давлением. Приводятся графики технологической силы и схемы напряженного состояния рассматриваемого процесса при разных условиях деформирования стальной листовой изотропной заготовки, представленной в виде диска с центральным сквозным отверстием. В работе определяются возможности проведения операции с учетом коэффициента утонения и фактора трения, строятся таблицы предельных возможностей формоизменения. Исследование проводилось с помощью компьютерного моделирования и метода конечных элементов в программном комплексе QFoгm, что и позволило оценить описанные выше параметры процесса.
Ключевые слова: отбортовка, предельные возможности, утонение, коэффициент утонения, технологическая сила, обработка давлением, штамповка.
Отбортовка может происходить без утонения отбортуемого материала, так и с его утонением, в последним случае, реализуется комбинированная отбортовка [1,2]. Такой процесс позволяет сократить число операций и улучшить технологичность обработки металлов давлением. Однако существует предельные возможности утонения, которые зависят от пластических свойств материала, температуры обработки, формы и конфигурации инструментов, силы трения и др. [3-6]. Но изменение материала во многих технологических процессах невозможно, так как требуется изготовить деталь из конкретного сплава, а нагрев усложняет весь процесс и меняет конечные механические свойства изделия, поэтому эти факторы не будут рассматриваться, а будет исследоваться влияние силы трения на предельные возможности формоизменения, технологическую силу и средние напряжения, так как они представляют большой интерес для создания правильной технологии отбортовки.
