Изготовление полусферических днищ из малопластичных материалов

3. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных материалов / С.П. Яковлев [и др.]. М.: Машиностроение, 2004. 427 с.

4. Адамеску Р.А., Гельд П.В., Митютттков Е.А. Анизотропия физических свойств металлов. М.: Металлургия, 1985. 136 с.

5. Колмогоров В. Л. Механика обработки металлов давлением. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2001. 836 с.

6. Богатов А. А. Механические свойства и модели разрушения металлов. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2002. 329 с.

S. Yakovlev, K. Remnev

THE MULTIOPERATION DRAWING OF HEMISPHERICAL THINWALLED DISHED ENDS

The technological process of hemispherical thinwalled dished ends from titanium alloy pt-3vkt producing is shown.

Key words: drawing, stress, deformation, anisotropy, forming, die.

Получено 07.06.11

УДК 621.983; 539.374

С.С. Яковлев, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-14-82,

В.А. Коротков, канд. техн. наук, доц.,

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПОЛУСФЕРИЧЕСКИХ ДНИЩ ИЗ МАЛОПЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Приведен технологический процесс изготовления полусферических днищ из высокопрочных малопластичных материалов.

Ключевые слова: вытяжка, штамп, прижим, пуансон, матрица, гофрообразо-вание, формоизменение, матрица.

Полусферические днища емкостей и топливных баков изготавливаются диаметром от 300 до 4500 мм с относительной толщиной стенки от

0,06 до 0,003 мм. Для получения днищ, размеры, форма и прочностные свойства которых, удовлетворяли бы эксплуатационным требованиям, используются различные технологические процессы. Используемые технологические процессы изготовления крупногабаритных полусферических днищ топливных баков для ракетно-космической техники или емкостей для нефтехимической промышленности относятся к мелкосерийному и единичному производствам. Это обстоятельство обуславливает выгодность применения универсальной, быстропереналаживаемой штамповой оснастки и использованием таких способов формоизменения, при которых тех-

нологическая подготовка производства минимальна по времени и затратам, а характер распределения деформаций, остаточных напряжений и толщины в изделии обеспечивает требуемые прочностные свойства, минимальную массу и долговечность при эксплуатации в агрессивной среде.

При условиях работы в агрессивных средах (топливные баки ракетно-космической техники) для изготовления баков используются трудно-деформируемые, малопластичные при комнатной температуре титановые и специальные алюминиевые сплавы. Использование существующих способов формоизменения тонколистовых заготовок из малопластичных материалов не решает задачи получения изделия с требуемыми эксплуатационными характеристиками.

Основой технологических процессов изготовления полусферических днищ являются способы формоизменения листовой заготовки. Наиболее известны способы горячей штамповки на прессах, пневмоформовки в режимах, близких к эффекту сверхпластичности, штамповка с использование эластичной среды [1-3]. Каждый из способов штамповки обладает своими преимуществами и недостатками. Горячая штамповка на прессах крупногабаритных листовых заготовок требует наличия энергоёмкого нагревательного оборудования, дорогостоящей оснастки. Для формоизменения тонколистовых заготовок из-за их быстрого остывания и возникающих температурных градиентов горячая штамповка неприемлема. Пневмоформовка и штамповка тонколистовых заготовок с использованием эластичной среды обеспечивают получение детали с неравномерной толщиной стенки, которую устраняют малопроизводительной и трудоёмкой обработкой, например химическим фрезерованием.

Для получения полусферических днищ из тонколистовых заготовок в машиностроении применяют штамповку с предварительным ступенчатым набором, обеспечивающим минимальное утонение стенки детали по сравнению, например, с реверсивной и другими схемами штамповки. После предварительного многопереходного ступенчатого набора в специальных штампах заготовка формуется предварительно в штампе со сферическим пуансоном и глухой матрицей, затем калибруется окончательно на гидравлических прессах или на установках для штамповки с использованием импульсных энергоносителей [4]. Недостатком данного способа является утонение стенки полуфабриката на участках перехода дна в стенку, прилегающих к пуансону по радиусу закругления рабочей поверхности из-за влияния меридиональных напряжений, зависящих от степени вытяжки и силы прижима заготовки. Если сила прижима недостаточна, то возможно гофрообразование при вытяжке, если сила прижима чрезмерная, то возникает значительное утонение стенки полуфабриката и возможно разрушение материала в результате роста меридиональных напряжений. Для по-

вышения устойчивости заготовки к гофрообразованию и уменьшения меридиональных напряжений при вытяжке используют способ [5], заключающийся в том, что после прижима краевой части заготовки осуществляют формовку углублений в центральной части заготовки с обеспечением предварительного набора поверхности заготовки за счет утонения материала, а затем на этом же переходе вытяжки проводят разглаживание и втягивание краевой части заготовки в зазор между пуансоном и матрицей, далее вновь проводят формовку углублений в центральной части заготовки с обеспечением предварительного набора поверхности заготовки за счет утонения материала, а затем на конечной стадии вытяжки осуществляют разглаживание и одновременное втягивание набранной поверхности заготовки, а также краевой части заготовки в зазор между пуансоном и матрицей с образованием стенки пространственной детали.

Для повышения качества обработки при получении полусферических днищ с относительной толщиной стенки S/D меньше 0,3 % из малопластичных материалов за счет разгрузки опасного участка в зоне контакта заготовки по радиусу закругления пуансона предлагается изменять напряженно-деформированное состояние на опасных участках за счёт использования способа штамповки и устройства для его осуществления [6]. В новом способе осуществляют прижим краевой части заготовки, формовку кольцевого выступа в центральной её части и вытяжку с разглаживанием кольцевого выступа с использованием подпружиненного прижима. В процессе разглаживания кольцевого выступа под воздействием прижима возникает подталкивание материала заготовки в радиальном направлении, что приводит к уменьшению меридиональных растягивающих напряжений и утонению стенки. В конце каждой операции вытяжки в центральной части формуется кольцевой выступ, который на последующих операциях разглаживается. Многоступенчатую вытяжку с подталкиванием стенки заготовки в меридиональном направлении осуществляют многократно при формообразовании каждой ступени за счет воздействия на кольцевой выступ при его разглаживании.

Для осуществления способа используются конструкции штампов, показанных на рис. 1 и 2. В штампе (рис. 1) осуществляют формоизменение плоской заготовки с образованием кольцевого выступа. Устройство для осуществления способа содержит матрицу 1, подпружиненный прижим 2, пуансон 3 с рабочим торцом, имеющим кольцевое углубление, выполненное с диаметром вершины кольцевого углубления по следующей зависимости:

<^в = di + rmt,

где di - диаметр полуфабриката, получаемый на данной операции вытяжки; rmi - радиус кольцевого выступа.

Рис. 1. Формообразование кольцевого выступа в плоской заготовке: 1- матрица; 2- прижим;

3 - пуансон; 4 - заготовка с кольцевым выступом

Изготовление кольцевого выступа 4 повышает потерю устойчивости тонколистовой заготовки к гофрообразованию и уменьшает её диаметр. Уменьшение диаметра заготовки и последующее сглаживание кольцевого выступа подпружиненным пуансоном существенно уменьшает величину напряжений в меридиональном направлении при последующем формоизменении заготовки в штампе, показанном на рис. 2.

Отформованную заготовку укладывают в штамп для вытяжки таким образом, чтобы вершина тороидального кольцевого выступа была направлена к подпружиненному прижиму 2, и производят операцию вытяжки с одновременным подталкиванием стенки заготовки в меридиональном направлении с помощью подпружиненного прижима 2 и разглаживанием кольцевого выступа полуфабриката вытяжки. На заключительном этапе вытяжки производят формообразование кольцевого выступа 5 в донной части полуфабриката, размеры и радиус кольцевого углубления которого определяют в зависимости от диаметра ступени полуфабриката на последующей вытяжке.

Последующую вытяжку осуществляют также в штампе с подпружиненным прижимом 2 (рис. 3), в котором одновременно реализуются процесс разглаживания кольцевого выступа с подталкиванием материала в меридиональном направлении и вытяжка последующей ступени с формованием в донной части полуфабриката кольцевого выступа до получения многоступенчатого полуфабриката и т.д.

На заключительной операции многоступенчатый полуфабрикат укладывается в штамп для калибровки и производится его формоизменение в полусферическое днище.

Предлагаемое техническое решение позволяет устранить брак вследствие разрушения заготовки из малопластичного материала в опасном сечении, уменьшить разнотолщинность стенки полусферических

днищ, снизить трудоемкость доводочных операций, например химического фрезерования, а также получать изделия из труднодеформируемых, малопластичных материалов с требуемыми эксплуатационными характеристиками.

1

Рис. 2. Штамп для формовки и вытяжки с подталкиванием: 1 - матрица; 2 - прижим; 3 - пуансон вытяжки и формовки; 4 - вкладыш для формовки; 5 - заготовка

Рис. 3. Штамп для формовки и вытяжки с подталкиванием:

1 - матрица; 2 - прижим; 3 - пуансон вытяжки и формовки;

4 - вкладыш для формовки; 5 - заготовка

Работа выполнена по ведомственной целевой программе «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011 годы)», грантам РФФИ и по государственному контракту в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.

Список литературы

1. Ковка и штамповка: справочник в 4 т. Т. 4. Листовая штамповка / под ред. С.С. Яковлева. М.: Машиностроение, 2010. 717 с.

2. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных материалов / С.С. Яковлев [и др.]. М.: Машиностроение, 2004. 427с.

3. Изотермическая пневмоформовка анизотропных высокопрочных листовых материалов / С.С. Яковлев [и др.]. М.: Машиностроение, 2009. 352 с.

4. Мельников Э.Л. Справочник по холодной штамповке оболочковых деталей. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2003. 288 с.

5. Пат. №2292976 МПК8Б21Б22/22. Рос. Федерация Бюл. № 4. 2007.

6. Пат. №2392079 МПК8 B21D22/02. Рос. Федерация Бюл. № 17.

2010.

S. Yakovlev, V. Korotkov

THE PRODUCING OF THE HEMISPHERICAL DISHED ENDS FROM LOW-PLASTIC MATERIALS

The technological process of hemispherical dished ends from high strength low-plastic materials producing is shown.

Key words: drawing, stamp, blankholder, punch, die, corrugation generation, deforming.

Получено 07.06.11

УДК 621.73.

В.Н. Субич, д-р техн. наук, проф., 89166503917, упбиЬ @гашЬ1ег.ги, Н.И.Куминова, асп., (495) 6203940, пкиштоуа@шаП .ги,

Н.А. Шестаков, д-р техн. наук, проф.,

ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ТОНКОГО КРУГОВОГО СЛОЯ С ДВУХСВЯЗНЫМ КОНТУРОМ

Рассмотрено пластическое течение в тонком круговом слое с двухсвязным контуром, образованным отверстием в слое или отверстием в матрице. Показано, что при деформации вращающимся инструментом поверхность раздела течения смещается к внутреннему контуру.

Ключевые слова: штамповка с кручением, круговая область, траектория, деформированное состояние.

Технологические процессы получения осесимметричных поковок с отверстием или со ступицей достаточно распространены в кузнечноштамповочном производстве. При штамповке подобных поковок по тра-