НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

УДК: 621.7.043

Россия, МГТУ им. Н.Э. Баумана

mt6evs@yandex.ru

asolaiman@mail.ru

Введение

В современной технике существует обширный класс деталей, имеющих форму конуса с раструбом (рисунок 1).

Рисунок 1- Деталь с раструбом

Штамповка таких деталей из круглой заготовки вытяжкой [1, 2] достаточно широко применяется в промышленности. Для получения детали с большим коэффициентом формоизменения вытяжкой необходимо применять несколько переходов, что требует большого количества штамповой оснастки.

Объединение (совмещение) операций вытяжки, обжима и раздачи в одном технологическом переходе позволяет существенно интенсифицировать процесс формоизменения и, следовательно, повысить производительность труда и уменьшить количество штамповой оснастки [3, 4, 5].  При этом отсутствие знаний о влиянии тех или иных технологических факторов на конечное формоизменение сдерживает внедрение этого прогрессивного технологического процесса [6].

Совмещение трех операций в одном технологическом переходе предопределяет наличие сложного очага пластической деформации. Практически он распадается на три зоны с разными напряженно-деформированными состояниями (смотри стадии совмещенной операции вытяжки с обжимом и раздачей на рисунке 2).  Исследование указанного очага пластической деформации аналитическими методами весьма затруднительно. Поэтому в качестве инструмента анализа был выбран метод математического моделирования  в программе комплексе AutoForm.

Цель работы состояла в оценке влияния коэффициента трения и коэффициента раздачи на процесс деформирования детали с раструбом при применении совмещенной операции вытяжки с обжимом и раздачей.

Научная новизна состоит в  выявленных закономерностях процесса пластического деформирования заготовки при использовании совмещенной операции вытяжки с обжимом и раздачей.

Рисунок 2- Стадии совмещенной операции вытяжки с обжимом и раздачей

Методы исследования

Исследование совмещенной операции вытяжки с обжимом и раздачей проведено с использованием специализированной программы для моделирования процессов листовой штамповки AutoForm. Расчетная модель совмещенной операции представлена на рисунке 3. При построении математической модели в AutoForm инструменты были приняты абсолютно жесткими, скорость деформирования постоянной. 

а)                                                             б)

Рисунок 3-  Расчетная модель совмещенной операции

а– начальное положение          б–  конечное положение

Результаты моделирования

При моделировании коэффициент трения варьировали на тех уровнях  ,  а коэффициент раздачи на двух . При этом  коэффициент раздачи варьировали за счет изменения высоты стаканчика, полученного на первом переходе.

Моделирование показало (рисунки 4, 5),  что с увеличением коэффициента трения толщина раструба в зоне перехода от вертикальной части раструба к донышку (зона опасного сечения) интенсивно уменьшается. Аналогичное влияние на толщину раструба оказывает  и  уменьшение коэффициента раздачи.

Рисунок 4. Влияние трения на изменение толщины стенки заготовкипри

R- расстояния от центра заготовки (мм)

Из рисунка 4 следует что, максимальное утонение   () в  зоне опасного сечения при  составило 16% от исходной толщины заготовки, 20% при , и 29% при .

Рисунок 5. Изменение толщины стенки заготовки относительно расстояния от центра заготовки при :

R- расстояния от центра заготовки (мм)

Из рисунка 5 следует что, максимальное утонение   ( ) в зоне опасного сечения при  составило 12% от исходной толщины заготовки, 15% при , и 21% при .

На рисунках 4 и 5  показано, что при  с увеличением коэффициента раздачи от  до  утонение в зоне опасного сечения уменьшается на 4,7%, при  уменьшается на 6,3% и при  уменьшается на 11,3%. Такое влияние  коэффициента раздачи можно объяснить увеличением сжимающих меридиональных напряжений, препятствующих утонению стенки.

Из анализа рисунков 4 и 5 следует, что при  и при коэффициенте раздачи  максимальная толщина на крае раструба  на 20,8% больше, чем толщина исходной круглой заготовки. При  и при коэффициенте раздачи  максимальная толщина на крае раструба на 23,3% больше чем толщина исходной круглой заготовки.

Графики изменения силы деформирования по ходу пуансона, полученные в результате моделирования представлены на рисунке 6.

Рисунок 6. Изменение силы деформирования по ходу пуансона

а)– α=40°-h=14мм-Кр1=1,33;              б)– α=40°-h=14мм-Кр2=1,38

Согласно рисунка 6, с увеличением коэффициента трения от  до  сила деформирование увеличивается на 28%.  При этом с увеличением коэффициента раздачи от  до  сила деформирование увеличивается 8,6%.

Выводы

1)       С увеличением силы трения толщина стенки в зоне перехода от цилиндрической части раструба к донышку уменьшается, а сила деформирование увеличивается.

2)       За счет увеличения коэффициента раздачи,  при минимальном коэффициенте трения можно получить деталь с раструбом с большим коэффициентом формоизменения и с минимальным утонением в зоне перехода от вертикальной части к донышку.

Список литературы

1.         Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. 6-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение. Ленингр. отделение, 1979. 520 с.

2.         Ильин Л.Н., Семенов И.Е. Технология листовой штамповки. М.: Дрофа, 2009. 475 с.

3.         Петрушина М.М., Евсюков С.А. Разработка технологического процесса штамповки профильных колец с двойными стенками методом совмещения вытяжки и отбортовки // Заготовительные производства в машиностроении. 2012. № 8. С. 22-25.

4.         Петрушина М.М., Евсюков С.А., Езжев А.С. Исследование стабильности совмещенного процесса вытяжки и отбортовки при штамповке колец с двойными стенками // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2012. № 9. С. 51-57.

5.         Петрушина М.М., Евсюков С.А. Исследование стабильности совмещенного процесса вытяжки и встречной отбортовки при штамповке колец с двойными стенками // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2013. № 3. DOI: 10.7463/0313.0541172

6.         Евсюков С.А. Анализ и классификация технологических факторов и процессов листовой штамповки // Вестник машиностроения. 1994. № 11. С. 43-46.