Разработка технологического процесса холодной объемной штамповки детали «Корпус заряда»

При осадке заготовок специальной бабой имеет место значительное увеличение степени деформации (в 1,2.. .1,6 раза) и коэффициента полезного действия удара (в 1,2.1,35 раза) по сравнению с осадкой стандартной бабой.

Список литературы

1. Феофанова А.Е., Лавриненко В.Ю. Экспериментальные исследования процесса удара при осадке цилиндрических заготовок // Заготовительные производства в машиностроении. 2011. №10.

2. Устройство бабы молота: пат. № 96804 Рос. Федерация.

A.E. Feofanova, V. Y. Lavrinenko

INCREASING OF IMPACT EFFICIENCY DURING UPSETTING

Experimental possibility for increasing of strain of cylindrical workpieces and impact efficiency during upsetting by using special ram is shown.

Key words: efficiency of impact, upset process, hammer, drop forging

Получено 16.09.11

УДК 621.883

А.В. Молодов, асп.,

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ХОЛОДНОЙ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ ДЕТАЛИ «КОРПУС ЗАРЯДА»

Исследовался технологический процесс штамповки детали ««корпус заряда». При разработке технологического процесса холодной объемной штамповки ««корпус кумулятивного заряда» определялись локальные явления, сопровождающие процесс формоизменения. Для решения поставленных задач исследована кинематика течения металла при формообразовании изделий на переходах штамповки при моделировании на ЭВМ. Приводятся исходные данные и результаты исследования техпроцесса.

Ключевые слова: холодная штамповка, полусферическая деталь, оптимизация, моделирование.

В современном машиностроении гражданского и военного значения большое количество деталей получают наиболее прогрессивным способом пластической обработки - холодной объемной штамповкой и, в том числе, выдавливанием и высадкой.

Холодная объемная штамповка позволяет получать высокую точность деталей и хорошее качество поверхности, повысить надежность, из-

213

носостойкость и долговечность деталей, снизить трудоемкость их изготовления и повысить производительность труда.

Внимание ученых и исследователей уделено теоретическому и экспериментальному определению зависимости силы при основных формоизменяющих операциях (осадке, высадке, боковом, прямом и обратном выдавливании) от деформации, профиля рабочей части инструмента и условий на контакте, а также изучению напряженного состояния. Разработка прогрессивных технологических процессов с учетом качества получаемых деталей является актуальной в настоящее время.

Цель данной работы - разработка и исследование процесса комбинированного выдавливания заготовки «корпус заряда» (рис. 1).

Рис. 1. Чертеж корпуса заряда

При существующей технологии изготовления данная деталь получается механической обработкой резанием на станках с ЧПУ. Такая технология приводит к чрезмерному расходу металла (более 50 %) и увеличению времени на изготовление готового изделия.

Чертеж корпуса заряда представляет полый полусферический корпус с внутренним конусом. Наружные и внутренние размеры соответствуют допускам класса точности Н14, js14 по ГОСТ 25347-82. С наружной стороны в нижней части полусферы имеется полая стержневая часть с кольцевой проточкой. С внутренней стороны выполнен конус с углом а=35°.

Для разработки чертежей штампованных деталей приняты основные формоизменяющие операции: обратное, прямое и комбинированное

выдавливание. С применением этих операций связаны особенности конструкции штампованных заготовок:

1. Образование «перемычки» в средней части высоты (длины) заготовки во внутренней полости на предварительном переходе штамповки для оптимального перераспределения металла на заключительном переходе при получении сферической поверхности и стержневой части;

2. Невозможность образования поднутрений, необходимых для выхода токарного резца инструмента для окончательной обработки;

3. Необходимость компенсатора, так как объём исходной заготовки должен быть несколько больше, чем полости штампа.

При холодной объемной штамповке обработка материалов происходит в условиях холодной деформации, что неразрывно связано с упрочнением, благодаря которому физико-механические свойства и структура приобретают более высокие показатели.

Проведенные исследования по определению зависимости твердости стали 10 от степени деформации показали, что механические характеристики стали 10 после деформации соответствуют стали 35. Согласно техническим требованиям чертежа и механическим свойствам изделия выбираем марку стали - Сталь 10 по ГОСТ 1050-88

Для согласования размеров и энергосиловых параметров технологического процесса холодной объемной штамповки было проведено компьютерное моделирование переходов пластического деформирования методом конечных элементов.

Моделирование выдавливания по переходам штамповки выполняется с целью получения рекомендаций по выбору оптимальных условий проведения этих процессов. Под оптимальными условиями следует понимать условия такого деформирования, в результате которого могут быть получены образцы или заготовки без дефектов с необходимым качеством формы детали (согласно чертежу детали). К дефектам, возникающим при выдавливании, можно отнести недоформирование «ступеньки» в месте перехода из цилиндрической части в сферическую на внешней поверхности заготовки, зажим в месте перехода из цилиндрической части в конусную на внутренней поверхности заготовки, образование утяжины при заполнении стержневой части заготовки одновременно с конечным формированием внутренней полости, получение точных размеров и различных конфигураций заготовки, и др.

Одним из способов устранения данных дефектов является изменение геометрии рабочей формы инструмента. Другим способом является изменение трения на контактных поверхностях. Исходя из этого в дальнейшем планируется провести экспериментальные исследования по выбору оптимальной смазки для данной детали методом осадки колец.

Основными задачами численного исследования комбинированного выдавливания в коническом инструменте являются:

1) исследование влияния размеров исходного образца на течение металла при выдавливании сферической части детали с образованием ступеньки на внешней поверхности и конусной части на внутренней поверхности детали;

2) исследование влияния геометрии пуансона и матрицы на течение металла при обратном и комбинированном выдавливании.

Численное исследование процесса комбинированного выдавливания выполнено в конечно-элементной системе QFORM-2D.

Определяющими для выбора технологического процесса являются величины деформации различных участков получаемой детали, жестко связанной с механическими характеристиками применяемого материала.

На рис. 2 демонстрируется исследование процесса обратного и комбинированного выдавливания детали. На виртуальных моделях видно, что в процессе выдавливания наблюдается течение металла как в обратном, так и в прямом направлениях. Оптимальным на данном переходе является неполное заполнение стержневой части заготовки одновременно с конечным формированием внутренней полости.

Для достижения наилучшего формообразования было промоделировано несколько вариантов формы пуансона и матрицы для предварительного и окончательного переходов. В итоге лучшее формообразование наблюдается при использовании на предварительном и окончательном переходах пуансонов с одинаковым углом конуса (таблица).

Сравнительная таблица техпроцессов получения корпуса заряда

Точение Горячая штамповка Холодная штамповка

КИМ Низкий

Произв-ть при штамповке - Высокая Высокая

Произв-ть при мех.обр-ке Очень низкая Средняя Высокая

Наличие фрез. операций* Да Да Нет

Общая произв-ть Низкая Средняя Высокая

Мех. Характеристики Низкие Высокие Высокие

Себестоимость Высокая Средняя Низкая

Технологичность Низкая Средняя Средняя

Стойкость штампового инструмента - Средняя Высокая

б

Рис. 2. Моделирование процесса получения детали «корпус заряда»: а - предварительный формоизменяющий переход; б - формирование внутренней полости, наружной и стержневой частей заготовки

Исходя из данных результатов напряжённо-деформированного состояния и кинематики течения металла, полученных при моделировании, можно сказать, что для обеспечения размеров, соответствующих чертежу «корпуса заряда», положение и геометрические размеры формообразующего инструмента должны соответствовать тем, что показаны на рис. 2, а, б.

Выводы

1. Переход на холодную объемную штамповку при производстве корпуса заряда позволил повысить КИМ на 40...60 %, улучшить механические характеристики и значительно снизить количество механообработки. Наглядное сравнение преимуществ производства детали «корпус заряда» способом ХОШ представлено в таблице 1.

2. При холодной штамповке происходит упрочнение материала, позволяющее произвести переход со стали 35 на сталь 10 без потери требуемых механических характеристик заготовки.

Список литературы

1. Миропольский Ю.А., Филиппов Ю.К., Павлов Н.Д. Особенности технологии холодной объемной штамповки на многопозиционных автоматах //Машины и автоматизация кузнечно-штамповочного производства. М.: ВЗМИ. 1988. С. 159-165.

2. Ковка и штамповка: справочник в 4 т. / гл. ред. Е.И. Семенов Холодная объемная штамповка / под ред. Г.А. Навроцкого М: Машиностроение, 1987.

3. Игнатенко В.Н. Совершенствование технологии комбинированного выдавливания полых деталей с фланцем с учетом изменения механических свойств: автореф. дис. ... канд. техн. наук. М., 2009.

A. V. Molodov

DEVELOPMENT TO THE TECHNOLOGICAL PROCESS OF FORMING OF THE DETAILS CALLED «THE CASE OF A CUMULATIVE CHARGE»

The technological process of forming of the detail called «the case of a cumulative charge» is investigated. While developing the technological process for cold forming, the local phenomena accompanying the shaping is defined process. To solve these tasks the kinematics of a metal current during the details shaping on punching transitions. Of the initial data and results of research of technical process is demonstrate numerically modeled.

Key words: cold volume forming, hemispherical detail, optimization, modeling.

Получено 16.09.11