CC BY
23
1. Семенов Е.И. Ковка и объемная штамповка / Е.И. Семенов. - М.: Высшая школа. - 1972. - 352 с.
2. Кухарь В.Д. Исследование формоизменения заготовки при штамповке детали типа «втулка с фланцем» / В.Д. Кухарь, А.Н. Пасько, О.А. Кузовлева // Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением: сб. научных трудов. - Тула, 2002. - С. 129 - 133.
3. Кузовлева О.А. Деформирование кольцевых осесимметричных заготовок / О.А. Кузовлева: дис. ...канд. техн. наук / Кузовлева О.А. - Тула, 2002. - 181с.
Получено 24.10.08.
УДК. 621.7, 539.3
О.А. Ткач, Л.П. Семенова (Тула, ТулГУ)
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА СИЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОСАДКИ КОЛЬЦА В СТУПЕНЧАТУЮ МАТРИЦУ
Представлены результаты исследования влияния основных технологических параметров на силовые характеристики процесса осадки кольцевой заготовки в ступенчатую матриц с радиальным ограничением течения металла.
С целью расширения номенклатуры изделий, выпускаемых с помощью процесса осадки кольцевой заготовки [1], было проведено исследование операции закрытой осадки кольцевой заготовки в ступенчатую матрицу.
Расчетная схема процесса (рис.1) представляет собой половину меридионального сечения осесимметричной цилиндрической заготовки, где 2 есть ось симметрии. В ходе деформирования весь объем материала вдет на образование ступицы переходного диаметра отштампованной заготовки, которое происходит в зазоре между ступенчатой матрицей 1 и оправкой 5, а диаметр фланца определяется диаметром исходной заготовки и ограничивается внешней оправкой 2.
С целю комплексной оценки влияния геометрии заготовки и условий трения на удельную силу процесса были проведены расчеты, которые обрабатывались с использованием аппарата теории планирования многофакторного эксперимента.
Рис.1. Расчетная схема процесса: 1 - оправка; 2 - пуансон;
3 - заготовка; 4 - внешняя оправка; 5 - матрица
Был поставлен численный эксперимент для заготовки наружным диаметром —0 = 50 мм, внутренним d0 =20 мм, высотой Н0 = 5 и 10 мм, со степенью обжатия по высоте ДН 25 % из стаи У10А при коэффициенте трения ц = 0,1; 0,2; 0,3 и относительном зазоре Д = —1 = 0,65; 0,7; 0,75,
—2
где —1 - диаметр первой ступени матрицы; — 2 - диаметр второй ступени матрицы.
Предварительные расчеты показали, что в реальном диапазоне изменения геометрических размеров заготовки, в качестве варьируемых входных факторов, были выбраны: относительный зазор Д между матрицей 1 и внутренней оправкой 5 (см. рис.1); степень осадки заготовки ДН ; коэффициент трения ц.
В качестве выходных параметров (функции отклика), характеризующих процесс осадки кольцевой заготовки в ступенчатую матрицу, принята удельная сила деформирования р.
В табл. 1 представлена матрица планирования эксперимента, а в табл. 2 приведены уровни факторов, соответствующие реальным условиям процесса осадки кольцевых заготовок пи штамповке, где х1,х2,х3 обозначены кодовые значение факторов, которые связаны с действительными значениями следующими соотношениями:
ДН-15 Д -0,7 ц-0,2
хт =--------; х 2 =------—; х3 = —-------—.
1 10 2 0,05 3 0,1
Таблица 1
Матрица планирования эксперимента
№ п/п х1 *2 *3
1 -1 -1 -1
2 -1 +1 +1
3 +1 -1 +1
4 -1 -1 +1
5 -1 + 1 -1
6 +1 -1 -1
7 +1 0 0
8 0 +1 0
9 0 0 +1
10 0 0 0
Таблица 2
Уровни факторов
Обозначение фактора *1 *2 *3
Наименование фактора АН А
Область эксперимента
Основной уровень 15 0,7 0,2
Интервал варьирован и 10 0,05 0,1
Нижний уровень 5 0,65 0,1
Верхний уровень 25 0,75 0,3
С учетом рассчитанных коэффициентов уравнен и регресс и для выходных параметров, характеризующих удельную сиу деформирования, примут вид
у1 =2,8963 + 1,9789х: -0,91117х2 + 0,5215х3 - 0,84302х:х2 +
+ 0,46756х:х3 - 0,48309х:2 - 0,289386х32,
у2 =2,9299 + 3,129х: -3,0302х2 +0,24759х3 --2,421х1х 2 + 0,4618х1х3 +0,26711х:2 +1,697х 22,
где У1, у2 - удельна сила деформирования заготовки высотой Н0 = 5мм и Н0 = 10 мм соответственно.
Полученные уравнения регрессии позволил построить поверхности, характеризующие зависимость удельной силы деформирования при осадке кольцевой заготовки в ступенчатую матрицу с радиаьным ограничением течения материаа от относительного заора полости матрицы, степени осадки заготовки и трения на границах контакта.
Зависимость силовых параметров процесса от технологических факторов представлена на рис.2,3. Их анаиз покаа, что влияние трения на силовые характеристики при осадке высокой заготовки менее значительно, чем при штамповке низкой.
а
б
Рис. 2. Зависимость удельной силы деформирования от относительного зазора полости матрицы А и степени осадки АН
при Н0 = 5мм: а - ц = 0,1; б- ц = 0,3
Увеличение степени осадки ведет к росту удельной силы деформирования во всем диапазоне исследуемых факторов. Наиболее интенсивно это влияние сказывается при малом относительном зазоре полости матрицы А = 0,65 . Удельна сила процесса в этом случае возрастает в 6 - 8 ра при деформировании низкой заготовки и в 3,5 - 14 ра при осадке высокой.
Влияние относительного заора полости матрицы А неоднозначно. При осадке низкого обраца для маых степеней деформации его влияние незначительно, оно возрастает при увеличении степени осадки и приводит к росту уде л ной силы деформирования в 1,5 - 2 раа при достижении АН = 25 %.
а
б
Рис. 3. Зависимость удельной силы деформирования от относительного зазора полости матрицы А и степени осадки АН при Н0 =10мм: а- ц = 0,1; б- ц = 0,3
В свою очередь, при осадке высокой заготовки при АН = 5 % имеет место минимум силовых характеристик, который соответствует относительному зазору полости матрицы А = 0,7 . При больших степенях деформации этот эффект сглаживается, и при АН = 25 % наблюдается рост удельной силы деформирования 3,5 - 4,5 раза.
Влияние высоты кольца при осадке его в ступенчатую матрицу также неоднозначно. Исследование покаао, что величина удельной силы деформирования низкой заготовки на 10 - 20 % выше, чем при осадке кольца высотой Н0 =10 мм.
При использовании матрицы с относительным заором А = 0,69 картина меняется на противоположенную (рис. 4). И штамповка высоких заготовок требует силовых характеристик на 40 - 60 % больших, чем низка.
/
0,65 0,7 Д 0,75
Рис.4. Зависимость удельной силы деформирования р от относительного зазора полости матрицы А при коэффициенте трения ц = 0,3 и степени осадки АН = 25 %:
1 - Н0 =10 мм; 2 - Н0 = 5 мм
В целом, наиболее энергоемким процессом является осадка кольцевой заготовки высотой Н0 =10 мм при относительном зазоре полости матрицы А = 0,65, степени осадки АН = 25 % и коэффициенте трения ц = 0,3.
Библиографический список
1. Семенов Е.И. Ковка и объемна штамповка / Е.И. Семенов. - М.: Высшая школа, 1972. - 352 с.
УДК 621.73
Получено 24. 10.08.
