Вытяжка шестигранной заготовки в цилиндрическую матрицу

ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

УДК. 621.7, 539.3

В.Д. Кухарь, д-р техн. наук, проф., проректор,

ВЫТЯЖКА ШЕСТИГРАННОЙ ЗАГОТОВКИ В ЦИЛИНДРИЧЕСКУЮ МАТРИЦУ

Проведено исследование вытяжки шестигранной заготовки в цилиндрическую матрицу.

Ключевые слова: шестигранная заготовка, осадка.

Продолжая исследование вытяжки, цилиндрического стакана из профильных заготовок [1], [2], рассмотрим формообразование детали «стакан» из шестигранной заготовки. Моделирование процесса осуществлялось методом конечных элементов с помощью программного комплекса QForm 2D/3D [3].

Рассматривался процесс вытяжки шестигранной заготовки из стали 08кп[1], со стороной а=34мм и толщиной h=2,9 мм в кольцевую матрицу диаметром D=40,15мм.

Последовательность деформирования шестигранной заготовки и превращение ее в цилиндрический колпачок представлена на рис. 1.

60

Рис. 1. Деформирование шестигранного образца

Очевидно, что процесс формоизменения является существенно неоднородным, что приводит к возникновению неровного края стенки получаемого стакана. А это в свою очередь снижает коэффициент использования материала.

Так как заготовка симметрична, то для анализа процесса был принят сектор 300 с наложением условий симметрии в процессе формоизменения, показанный на рис.2 после деформирования.

Рис. 2. Моделируемый сектор заготовки

Рассматривалась два расположения сектора относительно системы координат, в первом случае сечение по центру впадины заготовки совпадает с плоскостью XZ , а во втором случае сечение по выступу совпадает с плоскостью XZ (рис. 3). Это связано с тем, что в процессе расчета система координат XYZ остается неподвижной в пространстве во время деформирования, а выбранные таким образом сечения заготовки в течение всего процесса деформирования будут находиться в плоскости XZ.

В связи с этим о деформированном состоянии заготовки в процессе формоизменения будем судить по величине деформации еуу и величине накопленной пластической деформации. Распределение этих деформаций в сечениях приведено на рис. 3 - 4.

а б

Рис. 3. Пластическая деформация еуу: а - впадина; б - выступ

а б

Рис. 4. Накопленная пластическая деформация: а - впадина; б - выступ

Анализ полученных результатов показывает, что наибольшие степени деформации до 95% реализуются в области впадины. Деформации в сечении выступа значительно меньше, причем наибольшие значения достигаются на высоте соответствующей высоте впадины, а наименьшие зна-

62

чения в верхней части выступа. Из этого следует, что угловые участки шестигранной заготовки деформируются практически как жесткое целое.

Для дальнейших операций вытяжки необходимо выровнять край полученного полуфабриката. Это можно достичь двумя способами:

1) провести обрезку неровного края, что приведет к снижению экономии металла от использования квадратных заготовок;

2) провести осадку корончатого венца полуфабриката до получения ровного края, что минимально сократит отход металла при обрезке.

Рассмотрим реализацию второго способа. Прежде чем перейти к предлагаемой операции осадки корончатого венца, необходимо проделать высокий отжиг, при котором исходные свойства металла полностью восстановятся [3].

Этапы осадки выступов корончатого венца заготовки показаны на

рис. 6.

Рис. 5. Осадка корончатого венца

Поэтапную оценку деформированного состояния проведем аналогично в двух сечениях, как это было рассмотрено при вытяжке.

Накопленная деформации и еуу в дух сечениях на различных этапах нагружения представлены на рис. 6 - 7.

а

б

Рис. 6. Пластическая деформация £уу: а — впадина; б - выступ

В сечении впадины реализуются сжимающие деформации, значения которых достигают 150% на заключительном этапе. В сечении выступа в течение всего процесса нагружения имеют место растягивающие деформации, величина которых возрастает к верхнему краю заготовки.

а

б

Рис. 7. Накопленная пластическая деформация: а - впадина; б - выступ

Анализ накопленной деформации в этих сечениях за весь процесс нагружения показан на рис.7. Максимальное ее значение 1,5 наблюдается в сечении впадины на окончательном этапе осадки, только в зоне контакта с осадочным пуансоном. Однако во всем объеме сечения она не превышает значения 0,5.

Гидростатическое давление во всем объеме заготовки в течение всего процесса является сжимающим, что позволяет прогнозировать отсутствие разрушения заготовки в процессе осадки. Кроме того, в отличие от процесса осадки венца квадратной заготовки [2] в данном случае никаких нарушений сплошности заготовки под пуансоном в процессе осадки не наблюдается.

Следовательно, полученный полуфабрикат может использоваться в последующих операциях вытяжки, как обычная заготовка в виде стакана.

Работа выполнена в рамках гранта РФФИ №10-08-97527-р_центр_а.

Список литературы

1.Кухарь В.Д. Бойко О.А. Осадка квадратной и шестигранной заготовки в круговую матрицу // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула; Издательство ТулГУ, 2012. В.10. С. 260-267.

2.Кухарь В.Д. Бойко О.А. Вытяжка квадратной заготовки в цилиндрическую матрицу // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула; Издательство ТулГУ, 2012. В. 10. С. 267-273.

3. Биба Н.В., Стебунов С.А. «QForm 5.0 - программный инструмент для повышения эффективности производства в обработке металлов давлением». 2008.

V.D. Kuchar, O.A. Boyko

EXTRACTOR HOOD HEX WORKPIECE IN THE CYLINDRICAL MATRIX Conducted a study of the extraction of hex workpiece in the cylindrical matrix. Key words: hexagonal workpiece, the sediment.

Получено 20.11.12

УДК. 621.7, 539.3

В.Д. Кухарь, д-р техн. наук, проф., проректор,

ВТОРАЯ ОПЕРАЦИЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО СТАКАНА ИЗ КВАДРАТНОЙ ЗАГОТОВКИ

Проведено исследование второй операции формообразования цилиндрического стакана из квадратной заготовки.

Ключевые слова: квадратная заготовка, выдавливание.

При вытяжке квадратной заготовки в цилиндрическую матрицу у вытянутого полуфабриката образуется неровный край по высоте, с выступами и впадинами. Для получения ровного верхнего края стенок стакана было предложено произвести осадку выступов [1]. Однако в ходе процесса осадки образуется брак - происходит складкообразование в стенках стакана в зоне впадин, что не позволяет использовать полученную заготовку для дальнейших операций вытяжки.

Для исключения указанных недостатков предлагается использовать операцию прямого выдавливания совместно с операцией вытяжки с целью получения цилиндрического полуфабриката меньшего диаметра и большей высоты с ровным краем [2].

Моделирование осуществлялось методом конечных элементов с помощью программного комплекса QForm 2D/3D [3].

Рассмотрим данную операцию применительно к полуфабрикату, полученному при первой вытяжки из квадратной заготовки [1].