Вариант инженерной оценки силовых характеристик совмещенных процессов вытяжки с выдавливанием

УДК 621.7

В.М. Лялин, д-р техн. наук, проф.,

ВАРИАНТ ИНЖЕНЕРНОЙ ОЦЕНКИ СИЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СОВМЕЩЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ВЫТЯЖКИ С ВЫДАВЛИВАНИЕМ

Изложен вариант инженерного метода расчёта силовых характеристик совмещенного процесса вытяжки с выдавливанием биметаллических деталей, отличающийся постоянно меняющимся характером изменения напряжённого состояния и силы формоизменения. Верхняя оценка силы выдавливания подтверждается натурным экспериментом вытяжки с выдавливанием корончатого колпака свёртки.

Ключевые слова: силовые характеристики, формоизменение, вытяжка.

Совмещенный процесс вытяжки с прямым выдавливанием полуфабрикатов, получаемых из предварительно вытянутых листовых заготовок различной формы (круглой, квадратной, шестигранной, профильной), широко применяется как ключевой процесс в многооперационных технологиях изготовления высокоточных деталей ответственного назначения в условиях массового производства. Процесс позволяет существенно повысить экономические показатели технологии за счёт повышения коэффициента использования основного материала (КИМ), достижения высоких степеней деформации, сокращения количества операций и повышения качественных характеристик деталей. Поэтому важное значение в инженерной практике занимает вопрос повышения точности методов расчета силовых характеристик указанного процесса, влияющих на обоснованный подбор оборудования для его реализации. В настоящее время в литературе многими авторами [1,2] используются полуэмпирические зависимости для расчета силы процесса, базирующиеся на подборе коэффициентов или на приближенной оценке удельной силы, зависящих от вида конкретного материала (специальная малоуглеродистая сталь, латунь Л70, биметалл), что вызывает серьезные затруднения при расчете силы формоизменения широко применяемых в машиностроении других материалов.

Процесс вытяжки с прямым выдавливанием сопровождается достаточно сложным характером пластического формоизменения, протекающим в две характерные стадии:

- вытяжка с утонением с подсадкой торца колпака;

- объёмное неравномерное сжатие металла стенки в зоне, ограничиваемой рабочими поверхностями пуансона и матрицы, с истечением его в кольцевой зазор.

Исследование механизма пластической деформации [3] свидетельствует о том, что на обеих стадиях процесс характеризуется постоянным

ростом силы деформирования вплоть до его завершения. Поэтому наибольший интерес с точки зрения определения максимальной силы процесса представляют сформированный очаг пластической деформации а,Ъ,е,с1 (прессостаток) именно в конечный момент формоизменения и величина главного напряжения оп (оп >> ор >> о©), действующего в направлении нормали к скату матрицы и являющегося определяющим при объемном неравномерном сжатии в очаге. Учитывая предельно допустимую степень деформации при вытяжке с утонением на первой стадии, не превышающую 0,5, и устойчивость верхней части стенки заготовки до возникновения во всей её сплошности объемного неравномерного сжатия, можно заключить, что основная наиболее значимая деформация сжатия развивается в стенке в направлении по нормали к рабочей конической поверхности матрицы.

Определим величину истинного сопротивления деформированию о; в этом направлении в зависимости от интенсивности деформации сжатия стенки

Т

е = 1п Тсв-,

I ГТ1 '

Тпр

где Тсв - толщина стенки колпака свёртки, Тпр - конечная толщина прес-

состатка, равная толщине стенки выдавленной детали Тв по кривой упрочнения 3-го вида [4]. Это даёт возможность, используя соотношения [1], учесть влияние геометрии инструмента (2 ам) и контактного трения при

истечении металла относительно рабочих поверхностей матрицы и пуансона и рассчитать максимальную величину удельной силы, действующей на наиболее нагруженную рабочую поверхность матрицы

Руд = °1

где ^=0,08...0,1 - коэффициент трения при использовании эффективных

смазок (фосфатного покрытия с мыльной эмульсией, технического вазе-

£

лина, индустриального масла 20 и др.); тторм = тр - коэффициент

£ист

торможения (£тр - площадь контакта инструмента и металла в зоне очага,

определяемая образующими а - Ь, Ь - с, с - С; £ист - площадь истечения металла в конечной стадии деформирования, определяемая образующей а - С); [Руд]доп - предельно допустимая величина удельной силы, равная 1700 МПа.

Расчётная величина удельной силы как критерий процессов объёмного сжатия позволяет сделать вывод о возможности рассматриваемой совмещённой операции со степенью деформации при выдавливании, опреде-

?СВ - Рвыд ГТ7В

В

ляемой отношением у =

(РСВ - площадь поперечного сечения

колпака свёртки вверху; Fвыд - площадь поперечного сечения стенки

выдавленной детали вверху), и использовать для расчёта максимальной силы, действующей по нормали на рабочую поверхность матрицы,

где - площадь матрицы с образующей а - Ь.

Потребная сила выдавливания, развиваемая пуансоном и действующая по оси симметрии, определяется в зависимости от угла ската матрицы:

Для проверки теоретических результатов проведён анализ изменения технологической силы при вытяжке с выдавливанием заготовок из биметалла №1 ГОСТ 806-84. Рассмотрено влияние основного фактора - степени деформации при выдавливании. Исходными заготовками служили корончатые колпаки свёртки с размерами: наружный диаметр В3 = 0,022 м, толщина стенки Тз = 0,003 м, высота заготовки по выступу Нз = 0,0182 м, толщина дна Тднз. = 0,003 м. Для опытов использовался инструмент, широко применяемый в производстве, а в качестве смазки - мыльная эмульсия. Инструмент устанавливался в специальных блоках крепления на ползуне и в станине горизонтального одноударного пресс-автомата «Фриц-Вернер» с максимальной силой нагружения 700 кН.

Влияние степени деформации при выдавливании на величину силы исследовалось изменением диаметра калибрующей части матрицы выдавливания (0м=0,015; 0,0145; 0,014 м) при постоянной геометрии пуансона (^п=0,012 м). Матрицы и пуансон изготавливались из стали Х12М с используемой закалкой до твёрдости ИЯС 60...62.

Для получения действительных значений силы и характера её изменения осуществлялась запись диаграмм сил методом тензометрирования. Типовая блок-схема установки состоит из проволочных датчиков сопротивления с базой 0,02 м, наклеенных на месдозу, установленную пад пуансоном в блоке пуансонодержателя, тензостанции 8АНЧ, усилителя и быстродействующего пятиканального самопишущего прибора Н327-5. Перед проведением опытов осуществлена тарировка месдозы на испытательной машине ГМС-50.

Кривые свидетельствуют о нарастающем по величине характере изменения силы со значительным увеличением их крутизны в завершающей стадии процесса выдавливания, что говорит об определяющем значении стадии выдавливания для изучаемого совмещённого процесса с точки зрения и максимальной силы выдавливания, и обеспечения прочности инструмента. Расчётная величина максимальной силы выдавливания (по

Рвыд = Р уд 81П а т.

предложенному варианту) превышает экспериментальное значение на 15%, что приемлемо для современной инженерной практики подбора прессового оборудования.

Список литературы

1. Губкин С.И. Пластическая деформация металлов. М.: Металлургия, 1960. Т. 2. 416 с.

2. Фаворский В.Е. Холодная штамповка цветных металлов выдавливанием. М.; Л.: Машгиз, 1951. 104 с.

3. Агеев Н.П., Данилин Г. А., Огородников В.М. Технология производства патронов стрелкового оружия. Ч. II. Процессы штамповки. СПб: Изд-во БГТУ, 2006. 533 с.

4. Кроха В. А. Кривые упрочнения при холодной деформации. М.: Машиностроение, 1968. 152 с.

VM.Lyalin

VARIANT OF THE ENGINEERING ESTIMATION POWER HARAKTE-RISTIK THE COMBINED PROCESSES OF THE EXTRACT WITH HAVING GIVEN OUT-LIVANIEM

The variant of an engineering method of calculation of power characteristics from process of an extract with expression of bimetallic details is stated, I differ-shchy constantly changing character of change of a tension and force form change. The top estimation of force of expression proves to be true natural eks-perimentom extracts with expression a convolution cap.

Key words: power characteristics, form change, an extract.

Получено 14.12.11