Особенности изготовления ступенчатых деталей из тонколистовых материалов

INVESTIGATION OF THE STRESSED STATE OF THE STORAGE AT THE EXHAUST OF HIGH PRODUCTS OF THE SQUARE CROSS SECTION ON THE SCHEME "CONVEX

SQUARE - SQUARE"

Y. V. Bessmertnaya, A.N. Malyshev

In this work we consider the drawing of a high square box from a transversely isotropic material according to the "convex square-square" scheme. The material of the work-piece was assumed to be incompressible, transversely isotropic in the calculations. Expressions are obtained allowing to determine stress components at any point of the region of plastic deformations in subsequent operations of drawing box-shaped parts. Dependences of the change in the relative values of the radial and circumferential stresses in the deformation center on various parameters are established.

Key words: hood, high square products, meridional and circumferential stresses.

Bessmertnaya Yuliya Vyacheslavovna, candidate of technical sciences, assistant, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Malyshev Aleksandr Nikolaevich, candidate of technical sciences, associate professor, amalyshev@ru. gestamp. com, Russia, Kaluga, Kaluga Branch of Moscow State Technical University named after N.E. Bauman

УДК 621.983; 539.374

ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТУПЕНЧАТЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТОНКОЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Я.А. Вилимок, С.Н. Ларин

Рассматриваются особенности вытяжки осесимметричных ступенчатых деталей из тонколистовых материалов.

Ключевые слова: ступенчатая деталь, вытяжка, вытяжка в ленте, напряжение, последовательная вытяжка, коэффициент вытяжки.

Вытяжка - операция, с помощью которой из плоской листовой заготовки получают полые пространственные детали. Вытяжкой получают детали различных конфигураций в плане и профилей в поперечных сечениях: осесимметричные (цилиндрические, конические, с криволинейной образующей и т.п.), имеющие плоскостную симметрию (коробчатые с плоскими боковыми стенками, сложной конфигурации типа крышки автомобиля и т.п.) и детали несимметричные (крыло автомобиля и т п.) [1].

18

К телам вращения сложной формы относятся полые детали, имеющие ступенчатую, коническую, сферическую или параболическую форму. Вытяжка деталей указанной формы сложнее, чем вытяжка цилиндрических деталей. Особенность вытяжки этих деталей заключается в том, что значительная часть поверхности деформируемой заготовки остается не прижатой ни к пуансону, ни к матрице и легко образует выпучивания и гофры. Кроме того, давление пуансона вначале передается только в центре заготовки, вызывая местное утонение материала.

Исследованием вытяжки, в частности, вытяжки ступенчатых деталей занималось множество авторов, таких, как А.Ю. Аверкиев, Ю.А. Авер-киев, Е.А. Попов, И.П., Л.И. Рудман, М.Е. Зубцов, А.Н. Малов, В.П. Романовский, С.П. Яковлев, С.С. Яковлев и др. Они работали как в области обработки металлов давлением, так и в области теории пластичности.

Ввиду большого разнообразия и сложности деталей ступенчатой формы трудно установить единый метод для построения технологических переходов вытяжки.

При разработке технологического процесса вытяжки ступенчатых полых деталей (рис. 1) необходимо решить, возможно ли вытянуть заданную деталь за одну операцию или требуется несколько вытяжных операций, а также определить последовательность получения ступеней [2].

Возможность вытяжки за одну операцию устанавливают путем сопоставления значения коэффициента вытяжки для первой операции простой цилиндрической детали без фланца и условного коэффициента вытяжки (пропорционально-суммарный коэффициент вытяжки), вычисляемого по формуле [1,3]

где Д, диаметр заготовочного кружка; с1\, <Л2 ... с!.п - диаметры ступеней вытягиваемой детали; 011/Ь2), (^г/^з) - коэффициенты про-

порциональности, выражающие отношение высот соответствующих деталей; И2 ... Ип- высоты ступеней вытягиваемой детали.

Если шст больше или равен коэффициенту вытяжки одноступенчатой детали диаметром й из заготовки того же размера Оп которая требуется для вытяжки ступенчатой детали, последняя может быть получена за одну вытяжную операцию.

Эта формула, проверенная практикой, позволяет в ряде случаев значительно упростить технологический процесс штамповки ступенчатых деталей. Она позволяет оценить возможность вытяжки ступенчатой детали

т

111ст

(К-г/КХйп-г/Рз) + (<*п/Д3) Ь-п-г/Ь-п "I" 1

за один переход, даже если коэффициент вытяжки, определенный по наименьшему диаметру стакана, больше допустимого для первого перехода вытяжки цилиндрического стакана.

В случае вытяжки детали ступенчатой формы за несколько операций их количество и последовательность определяются числом ступеней, если при этом коэффициенты вытяжки на каждой ступени не выходят из установленных пределов. Технологические расчеты вытяжки таких деталей основаны на строгом соблюдении правил перераспределения металла аналогично вытяжке деталей с широким фланцем [5].

При вытяжке деталей ступенчатой формы рекомендуется применять следующие правила [2, 5]:

1) вначале вытягивают ступени больших диаметров, а затем меньших, постепенно увеличивая их высоты;

2) если разница между ступенями по диаметру значительна, то вначале вытягивают внутренние элементы, а затем наружные;

3) независимо от формы вытягиваемой детали объем вытягиваемого металла на всех операциях должен быть равен объему металла окончательно оформленной детали;

4) за каждую операцию втягивается в матрицу столько металла, сколько требуется для его дальнейшей деформации в следующей операции. Однако лучше иметь небольшой избыток металла против расчетного (3 ... 5 %), так как при недостатке втянутого металла возможны обрывы;

5) в ряде случаев вначале вытягивается предварительная конфигурация профиля детали, ограниченная прямыми и наклонными участками с большими закруглениями, а окончательная форма детали (с углами, выпуклостями и т. п.) штампуется в последнюю операцию;

Рис. 1. Ступенчатая полая деталь

6) если штампуемая деталь имеет допуски по 2-му или 3-му классу точности, то, кроме вытяжки, необходима еще дополнительная операция калибровки соответствующих поверхностей детали до требуемых размеров.

Процесс изготовления ступенчатых деталей вытяжкой состоит в том, что каждая ступень получается на одном из переходов вытяжки. В этом случае, найдя значение диаметра заготовки, по условию равенства поверхностей, определяют возможность получения за первый переход вытяжки цилиндрического стакана с диаметром, равным диаметру первой ступени (максимальный диаметр) [4].

За каждый последующий переход вытяжки ступенчатой детали получается следующая ступень меньшего диаметра с одновременным оформлением заданной высоты предыдущей ступени (большего диаметра).

В последнем периоде деформирования очаг деформации состоит из трех участков: торообразного, контактирующего со скругленной кромкой пуансона, плоского участка в промежутке между торообразными участками и торообразного, контактирующего со скругленной кромкой матрицы. Если учесть влияние изгиба и спрямления на кромке пуансона и матрицы, трение на контактных поверхностях на торообразных участках и степень формоизменения (коэффициент вытяжки), то можно получить формулу, определяющую приближенно величину растягивающего напряжения в опасном сечении:

В этой формуле учтено, что изгиб и спрямление, а также трение на кромке пуансона имеют место вблизи наружной границы очага деформации и их влияние можно учесть в граничных условиях (аналогично тому, как учитывалось влияние сил трения под прижимом при деформировании заготовки на первом переходе вытяжки цилиндрических стаканов).

Из формулы видно, что дополнительный участок трения с большим углом охвата, дополнительный изгиб и спрямление приводят при вытяжке ступенчатых деталей к несколько большим растягивающим напряжениям в опасном сечении по сравнению с напряжениями при вытяжке цилиндрических стаканов на последующих переходах при одном и том же коэффициенте вытяжки Ку, = с/п_\/с/п.

На величину наибольшего растягивающего напряжения в опасном сечении оказывают влияние относительный радиус скругления кромки матрицы, пуансона, сила прижима и коэффициент трения.

Зависимость ортах = ./(/\А) носит гиперболический характер и ортах монотонно уменьшается с увеличением относительного радиуса скругления рабочей кромки матрицы. Однако из этой зависимости не следует, что при вытяжке с прижимом можно неограниченно увеличивать гм. Действительно, в конечной стадии вытяжки с прижимом цилиндрического стакана

Г, ¿п-1

^ртах 1П

п

край фланца, выходя на скругленную кромку матрицы, перестает находиться под действием прижима, и если ширина непротянутой части фланца достаточно велика, то эта часть фланца может потерять устойчивость с образованием складок. Это обстоятельство, а также желание уменьшить рабочий ход вытяжки приводит к практической рекомендации, по которой гм~ (6...8)5\ Большие значения радиуса скругления кромки матрицы могут привести к появлению складок у края детали, а меньшие могут увеличить растягивающее напряжение в опасном сечении до значений, при которых может произойти отрыв донышка вытягиваемого стакана [4].

Изгиб элементов заготовки на скругленной кромке пуансона также приводит к уменьшению толщины заготовки (изгиб с растяжением), которое происходит вблизи опасного сечения, что увеличивает опасность отрыва донышка при вытяжке. Рабочую кромку пуансона следует скруглять, причем радиус скругления обычно берут немного меньшим, чем радиус скругления кромки матрицы.

Известно, что растягивающее напряжение в опасном сечении снижается с уменьшением коэффициента трения. Отсюда следует, что вытяжку следует обязательно выполнять с предварительным смазыванием заготовки. Также известно, что ортах, возрастает с увеличением силы прижима, а следовательно, и возрастает опасность разрушения заготовки при вытяжке. Поэтому силу прижима следует принимать минимально необходимой для предотвращения появления складок во фланце при вытяжке.

Наиболее эффективным способом изготовления малогабаритных ступенчатых деталей размером до 100 мм в диаметре из тонколистовых материалов является последовательная вытяжка в ленте.

При последовательной вытяжке в целой ленте условия вытяжки ухудшаются, так как возникает неравномерность деформации в продольном и поперечном направлениях, образование складок у края ленты и увеличение растягивающих напряжений в опасном сечении. Поэтому при последовательной вытяжке в целой ленте степень деформации по переходам уменьшают, применяя большую величину коэффициентов вытяжки.

Условие неизменности наружного размера фланца при последовательной вытяжке в ленте требует тщательного подсчета равномерного перераспределения металла по переходам. Этот подсчет сводится к установлению постепенно уменьшающихся радиусов закруглений и определению высоты вытяжки на каждом переходе. Так же, как и при вытяжке деталей с широким фланцем, основой подсчета является постоянство объема металла заготовки по переходам.

Вытяжку в ленте следует выполнять при использовании в основном заготовок из латуни, из стали для глубокой вытяжки, пластичных алюминиевых сплавов и из других подобных им по пластическим свойствам материалов [6].

Список литературы

1.Аверкиев Ю.А., Аверкиев А.Ю. Технология холодной штамповки. М.: Машиностроение, 1989. 304 с.

2. Малов А.Н. Технология холодной штамповки. М.: Машиностроение, 1969. 568 с.

3. Барановский М.А. Справочник мастера-штамповщика: справочное издание. Минск: Беларусь, 1968. 404 с.

4. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки: учеб. пособие для вузов. М.: Машиностроение, 1977. 278 с.

5. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Л.: Машиностроение, 1979. 520 с.

6. Рудман Л.И. Справочник конструктора штампов. Листовая штамповка. М.: Машиностроение, 1988. 496 с.

Вилимок Ярослав Александрович, соискатель, vilimokya@yahoo. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Ларин Сергей Николаевич, д-р техн. наук, проф., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

FEA TURES PROD UCTION SPEED OF PARTS FROM SHEET MA TERIALS

Y.A. Vilimok, S.N. Larin

The features of the axisymmetric speed drawing of parts from sheet materials are discussed.

Key words: step detail, the extractor hood in the feed voltage, serial extractor, extract ratio.

Vilimok Yaroslav Aleksandrovich, applicant, vilimokya@yahoo. com, Russia, Tula, Tula State University,

Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler. ru,Russia, Tula, Tula State University