Технологические параметры при вытяжке цилиндрических деталей без фланца из квадратных заготовок

УДК 621.7, 539.3

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ПРИ ВЫТЯЖКЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ БЕЗ ФЛАНЦА ИЗ КВАДРАТНЫХ ЗАГОТОВОК

В. Д. Кухарь, О. А. Екимова

Проведено теоретическое исследование и сравнение результатов расчета с практическим экспериментом вытяжки квадратной заготовки в радиальную матрицу.

Ключевые слова: вытяжка, квадратная заготовка, холодная штамповка.

В настоящее время для изготовления полых цилиндрических деталей наибольшее распространение получила круглая заготовка. Однако, использование заготовок такой формы приводит к значительным потерям металла, который идет в отход. Экономию металла можно достичь следующим путем:

1. Наиболее целесообразного раскроя листов на штучные заготовки или полосы с наименьшими отходами;

2. Наиболее экономного раскроя полос и расположения вырезаемых заготовок на полосе;

3. Уменьшение потерь металла на перемычки;

4. Повышения точности расчета заготовки и уменьшения припусков на обрезку.

Хоть и перечисленные способы и позволяют несколько уменьшить отход, но все же его доля при вырубке остается довольно большая. В связи с этим предложено использовать квадратную заготовку. В работе [1] было проведено исследование напряженно-деформированного состояния квадратной заготовки при вытяжке в цилиндрическую матрицу. Продолжая исследовать данный процесс, были проведены расчеты с помощью программного комплекса QForm 2D/3D 7.

Моделирование велось для стали глубокой вытяжки (08кп). Схема процесса и этапы формоизменения заготовки показана на рис. 1. Параметры прижима определяем конструктивно, так же как и при вытяжке из круглых заготовок, устанавливаем минимально необходимый для данной толщины заготовки зазор между матрицей и прижимом, не защемляющий заготовку, но и препятствующий образованию складок.

Рабочие радиусы пуансона и матрицы спроектированы по рекомендациям В.П. Романовского [2]. Так как в справочной литературе нет рекомендаций по вытяжке из квадратной заготовки, то коэффициентом вытяжки будем считать отношение диаметра готового изделия d к стороне квадратной заготовки а, твыт = d/a, аналогично и относительную толщину заго-

товки (Б/а) 100%.

Был проведен ряд расчетов для получения цилиндрического изделия с относительными толщинами от 0,2 до 3 и коэффициентами вытяжки от 0,5 до 0,8.

б

Рис. 1. Схема процесса глубокой вытяжки и этапы формоизменения заготовки из стали 08кп: а - схема деформирования; 1 - пуансон;

2 - квадратная заготовка; 3 - радиальная матрица; 4 - прижим; б - этапы деформирования квадратной заготовки и превращение ее

в цилиндрический колпачок

В ходе моделирования было установлено, что заготовки с большей относительной толщиной могут использоваться только для вытяжки с меньшими коэффициентами. Так при относительной толщине заготовки 3 предельно допустимым коэффициентом вытяжки является 0,7. А так же процесс вытяжки стабильно протекает только при относительной толщине заготовок равной и более 0,4, при которой максимальным является коэффициент вытяжки 0,54.

Следовательно, можно утверждать, что интервал варьирования предельно допустимых коэффициентов вытяжки составляет диапазон от 0,54 до 0,75, при относительной толщине заготовки от 0,4 до 3.

2

1

Рис. 2. Отрыв донной части при относительной толщине заготовки 5 и коэффициенте вытяжки 0,75;

1 - пуансон; 2 - деформированная заготовка;

3 - радиальная матрица; 4 - прижим

Был исследован весь интервал допустимых значений. По возникновению дефектов вытяжки, таких как, утонение стенки и отрыв дна изделия (рис. 2), были установлены остальные предельно допустимые коэффициенты вытяжки. Для сравнения полученных результатов по деформированию квадратной заготовки с круглой [2], были построены график (рис. 3) и таблица 1. На рисунке 2 видно, что характер кривых различен, если для круглой заготовки, при увеличении относительной толщины заготовки коэффициент вытяжки уменьшается, то для квадратной заготовки картина обратная - при увеличении относительной толщины заготовки коэффициент вытяжки увеличивается. В зоне коэффициентов вытяжки от 0,6 до 0,7 показатель максимально допустимой относительной толщины заготовки плавно возрастает, более 0,7 возрастает интенсивно.

&а

5

4

-у

1

О

0.4 0.5 0.6 О." 0.8

ьыт

Рис. 2. Зависимость коэффициентов вытяжки от показателей относительной толщины заготовки:

1- круглая заготовка; 2 -квадратная заготовка

В таблице приведены оптимальные значения коэффициентов вытяжки цилиндрических деталей без фланца (при вытяжке с прижимом) в зависимости от относительной толщины заготовки. Во второй части таблицы представлены коэффициенты вытяжки из круглой заготовки. Анализ, графиков и таблицы, показал, что для вытяжки из квадратной заготовки рекомендации по вытяжке из круглой заготовки не подходят.

Коэффициенты вытяжки цилиндрических деталей без фланца _________________ из квадратной заготовки___________________

Коэффициенты вытяжки Значения коэффициентов при относительной толщине заготовки (S/a) 100%

5 3 1,8 1,4 1,1 0,4

Расчетный 0,73 0,7 0,65 0,6 0,56 0,54

из круглой заготовки

Коэффициенты вытяжки Значения коэффициентов при относительной толщине заготовки (S/a) 100%

2-1.5 1,5-1 1-0,5 0,5-0,2 0,2-0,06

0,46-0,5 0,5-0,53 0,53-0,56 0,56-0,58 0,58-0,6

А так же, были проведены проверочные расчеты, которые подтвердили пригодность рекомендуемых коэффициентов вытяжки как для мягкой латуни и аналогичным сплавам, так и для стали глубокой вытяжки.

Таким образом, при вытяжке из квадратной заготовки, чем тоньше заготовка, тем степень деформации больше.

Список литературы

1. Кухарь В. Д., Бойко Вытяжка квадратной заготовки в цилиндрическую матрицу // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула; Издательство ТулГУ, 2012. Вып. 10. С. 267-273.

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

Кухарь Владимир Денисович, д-р техн. наук, проф., проректор, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Екимова Оксана Анатольевна, асп., Boyko-OA@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

TECHNOLOGICAL PARAMETERS A T THE EXTRACT OF CYLINDRICAL DETAILS WITHOUT FLANGE FROM SQUARE PREPARA TIONS

V.D. Kuchar, O.A. Ekimova

Theoretical research and comparison of results of calculation with practical experiment of an extract of square preparation in a radial matrix is conducted.

Key words: extract, square preparation, cold stamping.

Kukhar Vladimir Denisovich, doctor of technical sciences, professor, prorector, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Ekimova Oksana Anatolevna, postgraduate, , Russia, Tula, Tula state University

УДК 621.983; 539.374

ИЗОТЕРМИЧЕСКАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ВЫТЯЖКА АНИЗОТРОПНЫХ МАТЕРИАЛОВ ЧЕРЕЗ КОНИЧЕСКУЮ МАТРИЦУ В РЕЖИМЕ КРАТКОВРЕМЕННОЙ ПОЛЗУЧЕСТИ

С.С. Яковлев, В.Ю. Травин, О.В. Пилипенко

Приводятся математическая модель первой операции изотермической комбинированной вытяжки цилиндрических деталей из анизотропных высокопрочных материалов в конической матрице в режиме кратковременной ползучести. Установлены закономерности влияния технологических параметров, анизотропии механических свойств на силовые режимы первой операции изотермической комбинированной вытяжки анизотропных материалов в режиме кратковременной ползучести.

Ключевые слова: комбинированная вытяжка, анизотропия, температура, коническая матрица, пуансон, сила, деформация, ползучесть, напряжение.

Теоретические исследования силовых и деформационных параметров первой операции комбинированной вытяжки цилиндрических изделий из изотропного и анизотропного, неупрочняющегося и упрочняющегося материалов выполнены в работах [1 - 3].

Первая операция комбинированной вытяжки обычно осуществляется на матрицах с конической рабочей частью и условно разделяется на четыре стадии (рис. 1). В очаге деформации имеется плоское напряженное (зона I) и плоское деформированное (зона II) состояния заготовки. На первой стадии комбинированной вытяжки осуществляется обычная вытяжка (без утонения) и реализуется плоское напряженное состояние в заготовке. На второй стадии происходит формирование зоны утонения II. На графиках "сила-путь" это проявляется в резком подъеме кривой "сила". Момент совпадения центра закругления пуансона с верхней кромкой калибрующегося пояска матрицы принимается за начало третьей стадии. На третьей стадии имеет место процесс собственно комбинированной вытяжки (с на-