Разработка штамповой оснастки для производства тарельчатых пружин с использованием эластичной матрицы

дионов, Н.Ю. Бухвалов // Металлургические процессы и оборудование. 2013. № 3 (33). С. 4752.

8. Научная деятельность ГОУ ВПО «МГТУ» в условиях развития нанотехнологий / М.В.Чукин, В.М. Колокольцев, Г.С. Гун, В.М. Салганик, С.И. Платов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2009. № 2 (26). С. 55-59.

References

1. Influence of large strain under hot conditions on structure and properties of low carbon steel / N.G. Kolbasnikov, O.G. Zotov, V.V. Duranichev, A.A. Naumov, V.V. Mishin, D.A. Ringenen // Metal forming. 2009. № 4. Pp. 25-31.

2. Investigation of process of dynamic recrystallization during hot deformation based on physical modeling on Gleeble 3500 system / M.P. Baryshnikov, A.S. Ishimov, M.S. Zherebtsov, Yu. Yu. Efimova, O. A. Nikitenko // Innovation technologies in machine building and material science: book of abstracts 2nd scientific and practical conference with international participation. Perm: PSTU, 2014. Pp. 30-33.

3. Baryshnikov M.P., Ishimov A.S., Zherebtsov M.S.. Modeling of processes with large accumulated strain on research system Gleeble 3500 // Actual problems of modern science, technology and education: Proceedings of the 71st inter-regional scientific and technical conference / ed. V.M. Kolokoltsev. Magnitogorsk: NMSTU. Publ., 2013. Т. 1. Pp. 251-254.

4. Koptseva N.V., Chukin M.V., Nikitenko O.A. Use of the Thixomet PRO software for quantitative analysis of the ultrafine-grain structure of low-and medium-carbon steels subjected to equal channel angular pressing // Metal Science and Heat Treatment. 2012. Vol. 54. № 7-8. Pp. 387-392.

5. Baryshnikov M.P., Ishimov A.S., Zherebtsov M.S.. Investigation of the effect of time-temperature and deformation conditions on the deformation resistance of steel 20 with complex of physical modeling Gleeble 3500 // Scientific discussion: questions of technical sciences: a collection of articles based on the XVI International extramural scientific-practical conference. M.: Publ. "International Centre for Education and Science", 2013. № 11 (13). Pp. 66-69.

6. Kolokoltsev V.M. Nosov Magnitogorsk State Technical University. History. Development // Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University. 2014. № 1 (45). Pp. 5-6.

7. Production of invar multifunctional alloys with higher exploitation characteristics / V.M. Kolokoltsev, M.V. Chukin, E.M. Golubchik, Yu.L. Rodionov, N.Yu. Bukhvalov // Metallurgical processes and equipment. 2013. № 3. C. 47-52.

8. Chukin M.V., Kolokoltsev V.M., Gun G.S., Salganik V.M., Platov S.I. Scientific work of the State Educational Institution of Higher Professional Education "Magnitogorsk State Technical University" during nanotechnology development // Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University. 2009. № 2 (26). Pp. 55-59.

УДК 621.771

РАЗРАБОТКА ШТАМПОВОЙ ОСНАСТКИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ТАРЕЛЬЧАТЫХ ПРУЖИН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛАСТИЧНОЙ МАТРИЦЫ

Зайдес С.А.1, Кургузов С.А.2, Михайлова У.В.2

1 Национальный исследовательский

«Иркутский государственный технический университет», Россия, г. Иркутск 2ФГБОУВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И Носова», Россия

Тарельчатые пружины широко используют в технике для гашения динамических и ударных нагрузок, возникающих в процессе работы машин (амортизаторы, буферные устройства и т.п.). Однако согласно многочисленным исследованиям и практическим испытани-

ям большой процент пружин в процессе эксплуатации при циклическом нагружении не выдерживает указанное в ГОСТ количество циклов (2-10й) [1]. Разрушение происходит из-за формирования усталостных трещин в кромке отверстия и из-за износа их контактных поверхностей. Дефекты поверхности кромок пружины, появляющиеся в процессе типовой штамповки, ускоряют зарождение усталостных трещин [2]. Применение дополнительной обработки кромок шлифованием или пластическим деформированием изменяет шероховатость, но удорожает процесс изготовления пружин [3].

Для устранения вышеуказанных дефектов разработали технологию изготовления тарельчатых пружин с использованием эластичной среды. Указанная технология позволяет в зоне образования трещин сформировать криволинейную образующую за счет утяжки металла кромки в процессе штамповки, и вследствие этого исключить применение операции притупления кромок при изготовлении [4]. Разработана новая конструкция штампа для штамповки заготовки тарельчатых пружин с использованием эластичной среды (рис. 1) [5].

Рис. 1. Продольное сечение штампа: 1 - комбинированный пуансон; 2 - контейнер (матрица); 3 - заготовка; 4 - эластомер

Для использования разработанной технологии штамповки тарельчатых пружин эластичными средами в промышленности разработана конструкция промышленной штамповой оснастки (рис. 2). Штамповая оснастка состоит из прижима 1; пуансона, состоящего из двух частей: среднего вырубного пуансона 2, центрального пробивного пуансона 3, втулки 4 для фиксации высоты вырубного пуансона над пробивным пуансоном и матрицы в виде контейнера с эластичной средой 6 [6, 7].

У,Р

в.

ТЙ

7

/

__ а о о 1 /

О О «1 1-1 / \

///// уу///

т

/////

2

Рис. 2. Конструкция промышленной штамповой оснастки для штамповки тарельчатых пружин эластичными средами: 1 - прижим; 2 - вырубной пуансон; 3- пробивной пуансон;

4 - дистанционная втулка; 5 - заготовка; 6 - контейнер с эластичной средой

Центральный пробивной пуансон с диаметром, равным диаметру отверстия тарельчатой пружины предназначен для формирования ее отверстия. Средний формообразующий конусообразный пуансон с диаметром, равным наружному диаметру пружины, предназначенный для формирования конусной поверхности пружины и ее вырубки. Центральный пробивной пуансон выступает на величину к над средним вырубным пуансоном. Высоту к задает высота втулки 4. Матрицей в предложенной конструкции является контейнер с эластичной средой 6. При рабочем движении пуансона сначала прижим 1 фиксирует заготовка 5. При дальнейшем движении взаимодействуют центральный пробивной пуансон 3, заготовка 5 и эластичная матрица. В результате этого происходит пробивка отверстия тарельчатой пружины. Далее взаимодействуют средний вырубной пуансон 2, заготовка 5 и эластичная матрица -происходит формирование конусной поверхности и вырубка тарельчатой пружины по наружному диаметру. Коническая форма тарельчатой пружины происходит за счет утяжки металла в процессе штамповки. При обратном движении пуансона происходит извлечение тарельчатой пружины за счет подпружиненных вырубного и пробивного пуансона.

Предложенный способ штамповки заготовок тарельчатых пружин отличается от традиционных тем, что усилие штамповки выше из-за деформирования эластичной среды. Для использования разработанной технологии штамповки тарельчатых пружин эластичными средами разработан рабочий узел (рис. 3).

1 б

Рис. 3. Кинематическая схема исполнительного узла для изготовления

тарельчатых пружин с матрицей, наполненной эластичной средой: 1 - пуансон; 2 - гидропневматический уравновешивающий механизм;

3 - кривошип; 4 - подающие ролики; 5 - заготовка;

6 - матрица с эластичной средой

С целью компенсации усилия, затрачиваемого на сжатие эластичной среды применили пневмо-гидравлическое компенсирующее устройство 2 с переменной характеристикой усилия в зависимости от перемещения поршня (см. рис. 3) [6, 7]. Рабочий узел для изготовления тарельчатых пружин состоит из кривошипного механизма 3, двух шатунов, штампа для формообразования заготовки пружины 1, 6 и уравновешивающего механизма 2. Гидропневматический уравновешивающий механизм 2 состоит из корпуса гидропневмоцилиндра, поршня, корпуса пневмокамеры, мембраны и жидкости. Форма пневмокамеры с параболической образующей обеспечит переменную характеристику усилия в зависимости от хода поршня. В процессе штамповки усилие с кривошипа передается на поршень гидроцилиндра и далее через рабочее тело - масло на диафрагму. При деформации

последней диаметр площади контакта увеличивается и, как следствие, возрастает усилие на поршне, а далее - на кривошипе. Изменение формы пневмокамеры и давления в пневмосистеме позволяет компенсировать усилие сжатия упругой части матрицы.

Таким образом, предложенная конструкция кривошипного пресса и штамповой оснастки позволяет снизить затраты на производство, устранить дефекты поверхности кромок пружины, а также снизить энергозатраты на сжатие эластичной среды при штамповке заготовок тарельчатых пружин.

Список литературы

1. Железков О.С., Михайлова У.В. Особенности штамповки тарельчатых пружин // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2007. № 4 (20). С. 59 - 60.

2. Михайлова У.В. Оптимизация конструктивных параметров тарельчатых пружин // Технология машиностроения. 2009. № 11. С. 32 - 33.

3. Волков А.А., Кургузов С.А., Сидоренко В.В. Формирование заданной шероховатости поверхности и упрочнение деталей при выглаживании // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением. 2009. № 10. С. 16-20.

4. Михайлова У.В. Математическое моделирование процессов штамповки эластичными средами // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: материалы 68-й науч.-техн. конф. Магнитогорск, МГТУ, 2010. Т.2. С. 134-136.

5. Михайлова У.В. Разработка и расчет процессов штамповки тарельчатых пружин эластичными средами // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: материалы 68-й науч.-техн. конф. Магнитогорск: МГТУ, 2010. Т.1. С. 315-319.

6. Михайлова У.В. Совершенствование технологии изготовления специальных тарельчатых пружин с использованием эластичной среды: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.02.09 / Михайлова Ульяна Владимировна. Магнитогорск, 2011. 16 с.

7. Михайлова У.В. Совершенствование технологии изготовления специальных тарельчатых пружин с использованием эластичной среды: дис. ... канд. техн. наук: 05.02.09 / Михайлова Ульяна Владимировна. Магнитогорск, 2011. 129 с.

References

1. Zhelezkov O.S., Mikhailova U.V. Features of plate springs punching // Vestnik of Nosov Magnitogorsk state technical university. 2007. № 4 (20). Pp. 59-60.

2. Mikhailova U.V. Disk-shaped springs constructive parameters optimization. Mechanical engineering technologies. 2009. № 11. Pp. 32-33.

3. Volkov A.A., Kurguzov S.A., Sidorenko V.V. Specified surface roughness obtaining and components strengthening during smothering // Forging and forming production. Metal forming. 2009. № 10. Pp. 16-20.

4. Mikhailova U.V. Disk-shaped springs elastic medium forging mathematical simulation // State-of-the art science, engineering and education actual problems: collection of scientific papers 68 scientific and technol. conf. Magnitogorsk, MGTU, 2010. V. 2. Pp. 134 - 136.

5. Mikhailova U.V. Disk-shaped springs elastic medium forging designing and calculation // State-of-the art science, engineering and education actual problems: collection of scientific papers 68 scientific and technol. conf. Magnitogorsk, MGTU, 2010. V. 1. Pp. 315 - 319.

6. Mikhailova U.V. Improvement of special disc springs manufacturing technology with elastic medium: synopsis Ph.D. in technology / Mikhailova Ulyana Vladimirovna. Magnitogorsk, 2011. 16 p.

7. Mikhailova U.V. Improvement of special disc springs manufacturing technology with elastic medium: thesis Ph.D. in technology / Mikhailova Ulyana Vladimirovna. Magnitogorsk, 2011. 129 p.