Профильные и профилированные заготовки в современном листоштамповочном производстве

УДК 621.983

ПРОФИЛЬНЫЕ И ПРОФИЛИРОВАННЫЕ ЗАГОТОВКИ В СОВРЕМЕННОМ ЛИСТОШТАМПОВОЧНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

А.Н. Малышев, С.А. Бысов

Посвящена обзору ряда наиболее распространённых видов заготовок в лис-тоштамповочном производстве, проектирование и расчет которых, а также построение схем деформирования требуют специального научного подхода.Приведены схемы построения профильных заготовок с учетом анизотропии материала, а также схема прокатки профилированных заготовок; описаны штамповочные операции и виды деталей, для которых используются эти заготовки.

Ключевые слова: штамповка, профильные заготовки, профилированные заготовки.

Современное листоштамповочное производство является одной из ресурсо- и энергосберегающих технологий машиностроения, позволяющих изготавливать детали повышенной сложности и стабильного качества как из металлов и их сплавов, так и из неметаллических материалов, которая предъявляет определённые требования к исходным заготовкам по геометрическим параметрам, свойствам материала и виду их предварительной обработки, которая необходима для изменения и управления анизотропными и механическими характеристиками заготовок посредством новых технологических операцийи процессов штамповки с их предварительным деформированием, что позволяет увеличить поверхность и экономить материал заготовки[1].

При проектировании заготовки в процессе создания нового технологического процессаили изменении ее размеров или формы при совершенствовании существующего,безусловно, необходимо стремиться приблизить размеры и форму исходной заготовки к размерам и формеготовой детали, т.е. сократить материалоемкость заготовительного производства, что, в свою очередь, приведет к снижению себестоимости и всего штампованного изделия в целом.

Анализ научной литературы и производственные данные показывают, что наряду с использованием в качестве заготовок уже ставших классическими «карточек» и «силуэтов» существует ряд случаев, требующих специального научного подхода к проектированию исходных заготовок с учетом анизотропии материала в состоянии поставки, эксплуатационных требований к детали или изделию в целом, особенностей разделительных и формоизменяющих штамповочных операций, требований к ценообразованию штампованной детали и ряда другихтехнологических особенностей процесса штамповки.

В качестве примера, где требуется специальный научный подход для проектирования заготовки, следует рассмотреть результаты работы [2], гдеразработан метод построения оригинальной профильной заготов-ки(рис.1, а) с учетом анизотропии материала, обеспечивающий вытяжку стаканов из анизотропного материалапрактически без таких дефектов, как «фестоны», которые присущи операции «вытяжка», что сводит к минимуму объем окончательной механической обработки.Размеры /?А и Я3 определяют минимальный и максимальный размеры профильной заготовки, при вытяжке которой через вытяжную матрицу с радиусом Ям фестонообразо-вание отсутствует. В исследовании [3] на основе анализа деформированного состояния установлено, что плоская деформация во фланце заготовки реализуется по контуру криволинейной поверхности, радиус которой определяется величиной показателей плоскостной анизотропии, а также уточнена и упрощена формула для определения размеров заготовки, исключающей фестонообразование.

а) 6) 1

Рис.1. Схемы построения профильной заготовки

Известна работа [4], в которой рассмотрена схема построения профильной заготовки (рис.1, б) с учетом влияния плоскостной анизотропии (Яа - радиус-вектор точки контура заготовки относительно направления прокатки, В- ширина рулона по классической технологии, В1- ширина рулона с учетом формы профильной заготовки); а также работа [5], где проведен анализ зависимости предельного коэффициента вытяжки от формы заготовки, получена оценка изменения толщины детали при переходе от круглой к фигурной заготовке, а также установлено, что при проектировании технологических процессов вытяжки из фигурной заготовки можно использовать предельные коэффициенты вытяжки для круглых заготовок с пересчетом предельного коэффициента вытяжки.Например,штамповку из восьмиугольной заготовки можно проводить при предельных коэффициентах вытяжки, полученных для круглой заготовки.

416

В исследованиях[6] и [7]вытяжки цилиндрическихдеталей из профильных заготовок с помощью моделирования процесса методом конечных элементов на базе программного комплекса QForm3D/2Dдля повышения коэффициента использования материала предложено использовать квадратные и шестигранныезаготовки большей толщины, которые осаживаются в круглую матрицу для получения круглых заготовок требуемых размеров и толщины, а такжеустановлена экономически целесообразная область применения указанной технологии.

В экспериментальном исследовании [8], проведенном в прессовом цехе АЗЛК и прессовом корпусе ЗИЛа, предложено для увеличения коэффициента использования материала технологический припуск по краям заготовки выполнить фигурным с одного или нескольких краев заготовки, в виде чередующихся друг за другом выступов и впадин без изменения габаритных размеров заготовки.Были выполнены эксперименты для «крыла заднего» и «панели двери наружной задней» автомобиля «Москвич», а также для «панели двери внутренней», «облицовки радиатора» и «панели приборов» автомобилей ЗИЛ-130 и ЗИЛ-131, которые показали экономию листового материала на 3-5% больше по сравнению с известными способами вытяжки из заготовок в виде «карточек» или «силуэтов».

По вышеописанной технологии в условиях действующего производства на предприятии ООО «АВТОЛИТ» (г. Калуга) выполнена исследовательская работа по сопровождению технологической подготовки производства детали «Корпус защитный» (таблица). Процесс штамповки реализован на штамповочномкомплексена базе листоштамповочного многопозиционного пресса AIDA FT2-40 номинальным усилием 4000кН с перемещением детали (заготовки) между штамповочными позициями грейферными линейками в штампе последовательного действия, имеющем пять позиций для реализации формообразующей и разделительных операций, указанных в таблице. Экспериментально установлено, что использование заготовок с фигурными краями целесообразно внедрять при изготовлении деталей штамповкой из рулона в штампах последовательного действия-приперемещении детали (заготовки) между операциями посредством грейферных линеек или трансферногомеханизма; либо при использовании комплекта («цепочки») штампов, где первый заготовительный штамп имеет фигурные отрезные ножи. Кроме того, экономия по сравнению с использованием заготовок с прямолинейными краями составила 5% исходного материала и может варьироваться в зависимости от геометрических параметров фигурных кромок.

Развитие технологий сталепрокатного производства позволило выделить в прокатке такое отдельное прогрессивное направление как прокатка профилированных заготовок (рис.2), где холоднокатаную полосу, которая имеет различную по длине толщину, получают посредством изменения зазора между валками в процессе прокатки металла[9].

Технологические операции в штампе последовательного действия для изготовления детали «Кожух защитный»

Рис.2. Схема прокатки профилированной полосы

Катаные профилированные заготовки интенсивно начинают применяться в автомобильной промышленности [10], используются как заготовки для деталей жесткости кузова, различного рода усилителей, кронштейнов и т.д., и в определенных случаях становятся альтернативой сварным-разнотолщинным заготовкам [11], которые уже серьезно зарекомендовали себя в автомобильной и аэрокосмической промышленности [12].

Полосы с переменной по длине толщиной широко используются в качестве заготовок для производства малолистовых рессор автомобилей и других транспортных средств. Как правило, заготовки имеют параболический профиль с односторонним периодическим контуром. При этом толщина их уменьшается по заданной зависимости от середины к концам, приближая тем самым по условиям работы профилированную полосу к балке равного сопротивления [13].

Современное машиностроение невозможно без применения современных инновационныхнаукоемких технологий, однако для их широкого внедрения в производство необходимы научно обоснованные методы проектирования технологических процессов, в частности, обработкой металлов давлением [14].

Применение профильных и профилированных исходных заготовок в современном листоштамповочном производстве требует особого инженерного подхода, основанного на научных разработках, которые подтверждены реальными экспериментальными исследованиями, требует владения современными методами расчета технологических процессов и методами их моделирования, четкого понимания экономической целесообразности внедрения различных видови форм исходных заготовок.

Список литературы

1. Феофанова А.Е. Повышение интенсивности и надежности формоизменяющих операций листовой штамповки: дис. ... д-ра техн. наук. М., 2004. 289 с.

2. Яковлев С.П., Кухарь В. Д. Штамповка анизотропных заготовок. М.: Машиностроение, 1986. 136 с.

3. Гречников Ф.В. Анализ влияния анизотропии на деформированное состояние фланца при осесимметричной вытяжке//Кузнеч.-штамповоч.пр-во, 1989. №12. С. 12-14.

4. Коротков В.А., Юдин Л.Г., Яковлев С.П. Влияние анизотропии механических свойств материала при многооперационной вытяжке // Куз-неч.-штамповоч. пр-во, 1987. №6. С. 31-32.

5. Демин В. А., Рыжкова А. А. Влияние формы заготовки на коэффициент вытяжки цилиндрических деталей // Заготовит.пр-ва в машиностроении. 2016. №11. С. 30-34.

6. Кухарь В. Д., Бойко О. А., Осадка квадратной и шестигранной заготовки в круговую матрицу // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2012. Вып.10. С.260-267.

7. Кухарь В.Д., Бойко О.А., Вытяжка шестигранной заготовки в круглую матрицу// Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2012. Вып.12. С.60-67.

8. Малоотходная вытяжка деталей из листовых заготовок с фигурными краями/В. А. Жарков, Г.П. Тетерин, Е.Ю. Верхов, Б.С. Самойлов,

B.Ф. Заруцкий, А.И. Богатырев// Кузнеч.-штамповоч. пр-во. 1983. №7.

C.13-27.

9. N.Klinke, A.Schumacher. Finding the best thickness run parametriza-tion for optimization of Tailor Rolled Blanks // 14. LS-DYNA Forum 2016, Bamberg.

10. R. J. Yang., Fu. Y., and Li. G. Application of Tailor Rolled Blank in Vehicle Front End for Frontal Impact // Society of Automotive Engineers. 2007. SAETechnicalPaper, 2007-01-0675.

11. Разработка перспективных технологий штамповки листосвар-ныхразнотолщинных заготовок в ОАО "ГАЗ" / С.Б. Климычев, Д.Ю. Железняков, А.В. Костылев, Д.Г. Захаров, В. А. Китаев, А.Н. Игошин // Куз-неч.-штамповоч. пр-во. Обработка материалов давлением. 2004. №7. С. 2227.

12. Хайруллин Т.В., Столбов В.И. Применение листовых сварных заготовок для штамповки деталей в аэрокосмической и автомобильной промышленности// Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. Авиационная и ракетно-космическая техника, 2011. №3(27). С.20-27.

13. Проектирование технологических процессов в машинострое-нии:учеб. пособие для вузов / И.П. Филонов, Г.Я. Беляев, Л.М. Кожуро и др. под общ.ред. И.П. Филонова. Мн: Уп «Технопринт», 2003. 910с.

14. ДеминВ.А. Проектирование инновационных технологий в обработке металлов давлением // Наукоёмкие технологии в машиностроении. 2017. № 8. С.3-6.

Малышев Александр Николаевич, канд.техн.наук, доц., Im-kf.mgtiiainhox.ru, Россия, Калуга, Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет),

Бысов Сергей Александрович, канд.техн.наук, доц., lm-kf.mgtua inhox.ru, Россия, Калуга, Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана

SHAPEDBLANKSANDPROFILEDBLANKSFORCONTEMPRORARYSHEETSTAMPINGPR

ODUCTION

The article is devoted to the review of most spread types of blanks in sheet-stamping production, the design and computation of which, as well as the creating deformation schemes, require a special scientific approach. Schemes for the creatingshaped blanks taking into account the anisotropy of the material are given, as well as the scheme for tailor rolled blanks; stamping operations and types ofparts for which these blanks are used are given.

Keywords: stamping, shaped blanks, profiledblanks

Malyshev Alexander Nikolaevich, candidate of technical sciences, docent, lm-kfrngtuqinbox. ru, Russia, Kaluga, Bauman Moscow State Technical University Kaluga Branch,

Bysov Sergey Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, lm-kf.mgtнa inhox.ru, Russia, Kaluga, BaumanMoscow State Technical University Kaluga Branch