CC BY
8
ТЕХНОЛОГИИ И МАШИНЫ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ
УДК 672
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-2-3-7
ВЫТЯЖКА ДЕТАЛИ ПОЛУСФЕРА С ШИРОКИМ ФЛАНЦЕМ
П.В. Лапшин, Е.С. Нестеренко, А.О. Кузин, И.Н. Петров
В данный момент существует большое количество способов штамповки полых осе-симметричных деталей типа полусфера. Но вопрос получения детали высокого качества с минимальным значением разнотолщинности до сих пор актуален. Для решения этого вопроса необходимо использовать определенные элементы штамповой оснастки, которые позволят повысить высоту вытяжки и уменьшить значение разнотолщинности детали.
Ключевые слова: штамп, вытяжка, листовая штамповка, упругий прижим, напряжения, деталь.
Широкое применение в авиастроении имеют полые тонкостенные осесимметричные детали, например, полусфер, обладающие достаточно высокой прочностью, жесткостью и небольшим весом [1].
Основные проблемы, встречающиеся в процессе вытяжки тонкостенных осессиметрич-ных деталей типа полусфера с широким фланцем: непостоянство толщины металла (разнотол-щинность), образование трещин на сферической части детали [1].
В условиях современного научно-технического прогресса интенсивно развиваются машиностроение, нефтехимическая, судостроительная, авиационная промышленности, увеличивается производство товаров хозяйственного обихода, растет номенклатура самых разнообразных изделий, конструкции которых содержат множество емкостей: резервуаров, автоклавов, цистерн, баков, баллонов, работающих при значительных внутренних и внешних давлениях, в активных химических средах, а также применяемых для длительного или кратковременного хранения и перевозки различных материалов [2].
Значительное место среди деталей указанных конструкций занимают тонкостенные днища двойной кривизны сферообразной, эллиптической и куполообразной формы, изготовляемые из листовых материалов.
Получить деталь с минимальным значением разнотолощинности возможно на специальном оборудовании, размещенном в лаборатории кафедры обработки металла давлением Самарского национального исследовательского университета, где была разработана конструктивная возможность проведения вытяжки с прижимом, прилегающим по всей поверхности фланца в течение всего процесса [3].
Вытяжку осуществляют с помощью использования упругой штамповой оснастки - прижим и матрица, которые обеспечивают упругое перемещения, позволяющее прижать фланец заготовки с необходимым давлением по всей его поверхности [3].
Структура штампа была разработана и спроектирована для вытяжки сферических деталей с широким фланцем.
Для проведения сравнительной работы эксперименты проводились в штампе с упругими и жесткими элементами, схемы которых указаны на рис. 1 и 2 [4].
3
Упругими элементами выступают прижим и матрица вследствие того, что на опорном кольце и верхней плите имеются проточки (выступы) и при процессе штамповки прижим и матрица изгибаются, обеспечивая прилегание к заготовке на протяжении всего процесса штамповки
[4].
Рис. 1. Общий вид штамповой оснастки (супругими элементами): 1 - верхняя плита;
2 - матрица; 3 - обойма; 4 - прижим; 5 - опорное кольцо; 6 - пуансон
На рис. 2 представлена схема штампа с жесткими прижимом и матрицей. Поверхность верхней плиты, которая соприкасается с матрицей, не имеет проточек, тем самым прилегая полностью к матрице в процессе штамповки. Опорное кольцо выполнено в виде кольца постоянной высоты [4].
Рис. 2. Общий вид штамповой оснастки (с жесткими прижимом и матрицей): 1 - верхняя плита; 2 - матрица; 3 - обойма; 4 - прижим; 5 - опорное кольцо; 6 - пуансон
В процессе вытяжки опорное кольцо 5 неподвижно. Неравномерное изменение толщины фланца заготовки при глубокой вытяжке тонколистового материала возможно учесть в штампе с упругими прижимом 4 и матрицей 2. Заготовку устанавливают на упругую матрицу 2. К заготовке подводят прижим 4 с упругим прижимным кольцом 5. Вытяжка осуществляется с помощью пуансона 6. Фланец заготовки во время вытяжки прижат упругим кольцом , на которое передается усилие прижима 4. Усилие прижима 4 равномерно распределяется по всей поверхности фланца заготовки [4].
Прижим 4 и матрица 2 имеют форму колец. В процессе вытяжки фланец заготовки 6 перемещается между упругим прижимом 4 и рабочей поверхностью упругой матрицы 2. В результате неравномерности деформаций в процессе вытяжки угол естественного утолщения фланца заготовки 6 постоянно меняется. Упруго деформируясь, прижим 4 и матрица 2 меняют угол между рабочей поверхностью матрицы 3 и рабочей поверхностью прижима 4, повторяя угол заготовки. При этом давление прижима 4 и матрицы 2 равномерно распределяется по поверхности фланца. Усилие на прижим 4 передается через прижимное кольцо 5, расположенное по внешнему радиусу прижима 4. В процессе вытяжки под действием усилия прижим 4 и матрица 2 будут
упруго деформироваться. Величина этого упругого перемещения ограничена упругими свойствами материала оснастки, которые должны превышать Asmax максимальную величину разнотолщинности на фланце [4].
На рис. 3 представлена схема готовой детали, где D - диаметр детали, S - толщина детали, Ra - внутренний радиус детали, Rb - радиус матрицы [6] :
D
Рис. 3. Схема готовой детали
Эксперименты проводились для стали 08кп с размерами заготовки: диаметр - 66 мм, толщина - 1 мм. Результаты экспериментов представлены на рис. 3 и 4 для штампов с упругой и жесткой оснасткой соответственно.
Рис. 4. Деталь из материала 08кп из штампа с упругими элементами
На рис. 4 представлена деталь из материала 08кп из штампа с упругими элементами с следующими размерами: D = 50 мм, Ra = 16,5 мм, Rb = 5 мм. Высота вытяжки - 24 мм.
Рис. 5. Деталь из материала 08кп из штампа с жесткими элементами
На рис. 5 представлена деталь из материала 08кп из штампа с жесткими элементами с следующими размерами: D = 54, Иа = 16,5 ДЬ = 5. Высота вытяжки - 20 мм. Коэффициента вытяжки считаются по формуле [5]:
пи = | ш
Высчитав коэффициенты вытяжки, получим следующий результаты: для штампа с упругими элементами коэффициент вытяжки равен -0,76; для штампа с жесткими элементами коэффициент вытяжки равен - 0,81. На следующем графике представлены сравнения с значением номинальной толщины результатов измерения толщины деталей в штампах с упругими и жесткими элементами:
По значениям из рис. 6 были посчитаны значения разнотолщинности для деталей из штампов с упругими и жесткими элементами, записанные в таблице.
1,400 1,200 1,000 (да 0,600 охоо 0,200 0,000
0 2 4 6 8 10 12 14
Рис. 6. Замер толщины стали 08кп диаметром 66 мм: 1 - толщина с упругими элементами; 2 - номинальная толщина; 3 - толщина с жесткой оснасткой
Значения разнотолщинности деталей
Материал Значение разнотолщинности, %
в штампе с упругими элементами В штампе с жесткими элементами
08кп 21,4 37,6
Из представленных значений коэффициентов вытяжки и разнотолщинности, а также визуального осмотра готовых деталей, можно сделать вывод, что использование в штампе упругих элементов позволяет уменьшить значение разнотолщинности, повысить степень деформации, а также сократить количество брака при производстве.
Список литературы
1. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Л.: Машиностроение, 1979.
520 с.
2. Губкин С.И., Звороно Б.П., Катков В.Ф., Попов Е.А. Основы теории обработки металлов давлением. М.: Машгиз, 1959. 529 с.
3. Ренне И.П., Рогожин В.Н., Кузнецов В.П., Тутышкин Н.Д. Вытяжка с утонением стенки. Тула: ТулГУ, 1970. 141с.
4. Пат. 2494830 Российская Федерация, B21D22/20. Штамп для глубокой вытяжки осе-симметричных деталей / Попов И.П., Нестеренко Е.С., Кузина А.А.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский институт)» (СГАУ) - 2011149621/02; заявл. 06.12.2011; опубл. 10.10.2013. Бюл. №28.
5. Мельников Э.Л. Холодная штамповка днищ. М.: Машиностроение, 1986. 192 с.
6. Нестеренко Е.С., Кузина А.А. Вытяжка осесимметричных деталей в штампе с упругими матрицей и прижимом // Заготовительные производства в машиностроении. 2011. №5. С. 28-30.
Лапшин Павел Владимирович, магистр, pasha.lapshin.99@mail.ru, Россия, Самара, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева,
Нестеренко Елена Сергеевна, канд. техн. наук, доцент, Nesterenko77@mail.ru, Россия, Самара, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королева,
Толщина деталей по образующей
t^H !—1
3
Кузин Александр Олегович, заведующий лабораторией alexandrkuzin88@smail.com, Россия, Самара, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королева,
Петров Илья Николаевич, аспирант, ilpetrofl 10895@,yandex.ru, Россия, Самара, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева
EXTRACTOR HEMISPHERE DETAILS WITH WIDE FLANGE P.V. Lapshin, E.S. Nesterenko, A.O. Kuzin, I.N. Petrov
At the moment, there are a large number of methods for stamping hollow axisymmetric parts of the hemisphere type. But the issue of obtaining a high quality part with a minimum value of the thickness difference is still relevant. To solve this issue, it is necessary to use certain elements of the stamping equipment, which will increase the drawing height and reduce the value of the part thickness difference.
Key words: stamp, drawing, sheet stamping, elastic clamp, stress, detail.
Lapshin Pavel Vladimirovich, master, pasha.lapshin.99@mail.ru, Russia, Samara, Samara National Research University named after Academician S.P. Koroleva,
Nesterenko Elena Sergeevna, Ph.D. tech. Sci., Associate Professor, Nesterenko77@mail.ru, Russia, Samara, Academician Samara National Research University S.P. Koroleva,
Kuzin Alexander Olegovich, head of the laboratory alexandrkuzin88@gmail.com, Russia, Samara, Samara National Research University named after Academician S.P. Koroleva,
Petrov Ilya Nikolaevich, postgraduate student, ilpetrof110895@yandex.ru, Russia, Samara, Samara National Research University named after Academician S.P. Koroleva
УДК 621.7.01; 621.7.79
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-2-7-11
ВЫТЯЖКА МАЛОГАБАРИТНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ СТУПЕНЧАТЫХ ДЕТАЛЕЙ
П.В. Романов, А.В. Харченко
В статье рассматривается операция вытяжки двухступенчатой цилиндрической детали из круглой заготовки. Исследование осуществлялось при помощи конечно-элементного моделирования. Показано распределение интенсивности напряжений, накопленной деформаций, а также изменение силовых режимов операции в зависимости от различных радиусов закругления рабочих кромок матрицы и пуансона.
Ключевые слова: вытяжка, ступенчатая деталь, давление, напряжения, деформации, сила, трение.
В электротехнической промышленности используется большая номенклатура ступенчатых цилиндрических деталей, используемых в качестве крышек корпусов для элементов питания. Наиболее распространенными элементами питания являются щелочные батареи типа АА, ААА, литиевые аккумуляторы 18650 и др. В связи с широким распространением данных перезаряжаемых источников питания как в бытовом использовании, так и в промышленности, разработка технологии их изготовления является перспективным направлением.
Рассмотрим технологию изготовления крышки корпуса литиевой аккумуляторной батареи типа 18650 (рис. 1). Крышка представленного аккумулятора имеет две цилиндрические ступени высотой 2 мм. Одним из вариантов получения двухступенчатой цилиндрической детали является вытяжка колпачка из плоской круглой заготовки [1-8]. Схема штамповой оснастки показана на рис. 2.
