CC BY
8
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.
б
Рис. 2. Штамповая оснастка для вытяжки двухступенчатых цилиндрических деталей из плоских заготовок: а - исходное положение; б - конечное положение;
1 - пуансон, 2 - матрица, 3 - прижим, 4 - заготовка
Исследуем процесс формообразования двухступенчатой цилиндрической детали из плоской заготовки операцией вытяжки моделированием с использованием метода конечных элементов. В качестве исходной заготовки использовался круг диаметром 20 мм, толщиной 0,15 мм, выполненный из стали 10.
Вытяжка проводилась при комнатной температуре на гидравлическом прессе, коэффициент трения задавался в диапазоне 0,05.. .0,3. Радиус рабочей кромки матрицы Я принимал значения 0,5; 1; 1,5. Профиль пуансона повторяет профиль матрицы с учетом толщины заготовки. К прижиму прикладывалась сила величиной 0,5 КН .
На рис. 3 и 4 показано распределение напряжений и накопленной деформации в заготовке на конечной стадии деформирования соответственно.
■ 543 252 107 1
1Ш
-азэ I
■ 164 1
ш - 330
- 475
а б в
Рис. 3. Распределение напряжений в заготовке при вытяжке: а - Я=0,5 мм; б - Я=1 мм; Я=1,5 мм
а б в
Рис. 4. Распределение накопленной деформации в заготовке при вытяжке: а - Я=0,5 мм;
б - Я=1 мм; Я=1,5 мм
На рис. 5 изображено распределение толщины в готовом изделии при различных технологических параметрах.
V
I
0.138 0.150 0.133 0.115 0.097 0.080 0 062 0.044
У
.
б 0.160 0.155 0.150 0.146 0.141 0.136 0.131
0.127
I
0.162 0.156 0.150 0.145 0.139 0.133 0.127 0.121
Рис. 5. Распределение накопленной деформации в заготовке при вытяжке: а - Я=0,5 мм;
б - Я=1 мм; Я=1,5 мм
Проведенные исследования показали, что при радиусе закругления рабочих кромок на матрице и пуансоне Я = 0,5 мм происходит отрыв дна заготовки по малому диаметру из-за локализации деформаций. На рис. 5, а видно, что произошло утонение металла более чем в 3 раза от исходной толщины заготовки.
Исследования силовых режимов операции вытяжки ступенчатых деталей показали, что увеличение радиусов закруглений рабочих кромок на матрице и пуансоне от 0,5 до 1,5 мм приводит к снижению технологической силы операции на 35...40% при начальной толщине заготовки 0,15 мм.
а
в
1
2
d,oo 1,оо г,оо з,оо g
Рис. 6. График технологической силы на пуансоне: а -R=0,5 мм; б - R=1 мм; R=1,5 мм
Изменение радиусов закруглений с 1 до 1,5 мм не приводит к существенным улучшениям условий деформирования.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант РФФИ № 19-48-710002 р_а, и гранта Правительства Тульской области ДС/191.
Список литературы
1. Малоотходная, ресурсосберегающая технология штамповки / Под ред. В.А. Андрейченко, Л.Г. Юдина, С.П. Яковлева. Кишинев: Universitas, 1993. 240 с.
2. Ковка и штамповка: справочник: в 4 т. Т.4. Листовая штамповка/ Под общ. ред. С.С. Яковлева; ред. совет: Е.И. Семенов (пред.) и др. М.: Машиностроение, 2010. 732 с.
3. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977. 423 с.
4. Нечепуренко Ю.Г., Яковлев С.П., Яковлев С.С. Глубокая вытяжка цилиндрических изделий из анизотропного материала. Тула: ТулГУ, 2000. 195 с.
5. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1977. 278с.
6. Яковлев С.С., Трегубов В.И., Нечепуренко Ю.Г. Глубокая вытяжка анизотропного упрочняющегося материала // Заготовительные производства. 2005. № 4. С. 38 - 44.
7. Яковлев С.П., Яковлев С.С., Андрейченко В.А. Обработка давлением анизотропных материалов. - Кишинев: Квант. 1997. 331 с.
8. Ларин С.Н., Платонов В.И., Коротков В.А. Проектирование матрицы для вытяжки материалов, обладающих плоскостной анизотропией механических свойств // Цветные металлы. 2018. №7. С. 83-87.
Романов Павел Витальевич, аспирант, mpf-tula@,rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Харченко Антон Витальевич, студент, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
EXTRACTION OF SMALL-SIZED CYLINDRICAL STEPPED PARTS P.V. Romanov, A.V. Kharchenko
The article discusses the operation of drawing a two-stage cylindrical part from a round billet. The study was carried out using finite element modeling. The distribution of stress intensity, accumulated deformation, as well as the change in the power modes of the operation depending on the different radii of rounding of the working edges of the die and punch are shown.
Key words: hood, step part, pressure, stresses, deformations, force, friction.
10
Romanov Pavel Vitalyevich, postgraduate, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Kharchenko Anton Vitalievich, student, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-2-11-14
ИЗГОТОВЛЕНИЕ АСИММЕТРИЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ ВЫДАВЛИВАНИЕМ
К.А. Березина
В работе рассматривается процесс получения асимметричного изделия методом холодной объемной штамповки. Технология анализируется с точки зрения технологической силы, геометрической формы изделия, напряженного и деформированного состояния в объеме полуфабриката. Приводятся график силы, схемы распределения напряжений, деформаций и повреждаемости для того, чтобы более комплексно оценить протекаемый процесс, так как операции холодной объемной штамповки представляют собой ряд сложных технологических операций, особенно это касается получения асимметричных изделий.
Ключевые слова: напряжения, деформации, сила, ассиметричная, обработка, холодная штамповка, давление.
Обработкой давлением возможно получить большое разнообразие деталей, как по форме, так и по материалу, и на разном оборудовании, будь то гидравлические или кривошипные пресса, или другое оборудование. Поэтому эти технологии получили широкое распространение на различных по отраслям: машиностроение, судостроение, авиастроение, упаковочное производство, изготовление элементов потребительского рынка и т.д. Что обеспечивается еще и высокой точностью изготовления, и ее высокой скоростью, поэтому научные исследования процессов обработки металлов давлением являются весьма актуальными и перспективными [14]. К тому же большое разнообразие исследуемых и оцениваемых факторов и характеристик делает такие исследования весьма трудоемкими, но с приходом автоматизированных расчетов с помощью конечных элементов, эта задача немного упростилась [5-10].
В частности, изготовление асимметричных деталей из металлических сплавов является сложной задачей, в данном случае давлением возможно получить качественное изделие с наименьшим количеством отхода материала. В работе будет рассмотрено получение детали (рис. 1) с помощью операции холодной объемной штамповки в открытом штампе, так как данный способ предположительно наиболее оптимальный. Целью данного исследования является анализ напряжений, деформаций, силы и повреждаемости, что дает довольно полную картину о настоящем процессе получения требуемой по форме детали. Данное изделие может быть использовано как втулка со стопорным элементом, подставка, элемент крепежа и для других целей.
Рис. 1. Полуфабрикат 11
