Повышение точности изготовления деталей холодным выдавливанием

М.Е. Попов, А.М. Попов, О. Аль-Джубури

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ХОЛОДНЫМ ВЫДАВЛИВАНИЕМ

Рассмотрены факторы, влияющие на точность размеров и формы поверхностей заготовок деталей, полученных холодным пластическим деформированием. Изложена методика расчета припусков и операционных размеров заготовок в комбинированных процессах механической обработки, включающих процессы обработки резанием и холодного пластического деформирования. Представлены результаты исследования точности процесса холодного обратного выдавливания в среде QForm 2D/3D.

Ключевые слова: холодное выдавливание, точность деталей, расчет припусков, операционные размеры, комбинированные процессы, обработка резанием, математическое моделирование.

Прогрессивным направлением в технологии машиностроения является применение комбинированных технологических процессов механической обработки, включающих операции отрезки заготовок, формообразования холодным пластическим деформированием и обработки резанием. При этом в технологическом процессе изготовления детали возникают сложные размерные связи, которые необходимо учитывать

Рис. 1. Схема процесса холодного обратного выдавливания

ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 6. С. 101-106. © 2017. М.Е. Попов, А.М. Попов, О. Аль-Джубури.

УДК 621.01

при расчете точности обработки, припусков на механическую обработку и при настройке оборудования [2, 3, 7].

У деталей, полученных холодным объемным деформированием, с точки зрения точности, можно выделить размеры двух типов [1]. Размеры первого типа непосредственно обеспечиваются формообразующими элементами деформирующего инструмента (размеры D1, й1, h1 на рис. 1).

Точность таких размеров зависит только от факторов точности технологической системы процесса холодного выдавливания. Размеры второго типа непосредственно на выполняемой операции холодного выдавливания деталей не обеспечиваются, так как образуются свободными поверхностями, не контактирующими с формообразующими элементами деформирующего инструмента (размер Н1 на рис. 1).

Точность данных размеров зависит как от факторов точности процесса холодного выдавливания или калибрования деталей, так и от факторов точности процесса получения исходных заготовок, а также от шероховатости поверхностей заготовка и инструмента, наличия или отсутствия смазочно-охлаждающей жидкости, физико-механических свойств металла, используемого для заготовки и инструмента, формы пуансона и др.

Размеры последнего типа являются наименее точными, так как являются замыкающими звеньями всех объемных размерных связей, формирующихся в процессе холодного выдавливания деталей. Как правило, для минимизации брака, требуемая точность таких размеров достигается последующей механической обработкой резанием.

В данной работе выполнение сложных размерно-точностных размеров по известной методике [1], было заменено на выполнение компьютерного моделирования процесса холодного обратного выдавливания в системе QForm 2D/3D с использованием пакета STATGRAFICS [2, 3]. Укрупненная блок-схема алгоритма решения этой задачи представлена на рис. 2.

Моделирование процесса холодного обратного выдавливания выполнено для применяемого инструмента и заготовок следующих геометрических размеров и формы (рис. 1): йх = 32+0,2 мм, ^ = 5 0 2+0-3 мм, Н1 = 30+0 3 мм, D1 = 42 0 3 мм, D0 = 40 0 34 мм, Н0 = 17+0-5 мм.

Материал заготовки сталь ШХ15 (С 1,5%, Si 0,37%, Сг 1,65%, Р 0,03%, Си 0,25%, Мп 0,4%, S 0,02%). Материал инструмента сталь 5ХНМ (С 0,64%, Si 0,25%, Сг 0,75%, Р 0,025%, N 1,7%, Мо 0,3%, Мп 0,8%, S 0,02%, V 0,1%).

Рис. 2. Схема алгоритма имитационного моделирования

Рис. 3. Результаты моделирования в программном комплексе QForm 2Б/3В

Минимальное значение 30,607 Размах выборки 2,794

Среднее значение 31,896 Дисперсия 0,34609

Максимальное значение 33,401 Стандартное оклонение 0,58829

Величина коэффициента трения ^ принималась для расчетов в зависимости от материала, качества подготовки поверхности и степени деформации для сталей, железа, никеля и сплавов на никелевой основе (фосфатирование или оксалатирование +омыливание): ^ = 0,10—0,12.

На рис. 3 показан результат моделирования процесса холодного обратного выдавливания в среде QForm 2D/3D для одного из значений набора исходных данных.

Как показано на рис. 3, в результате проведенного компьютерного моделирования в среде QForm 2D/3D получен размер Н = 31,843 мм.

Это хорошо согласуется с результатами расчета по математическим зависимостям, полученных в работе [1] и [4].

Обработка результатов имитационного моделирования с помощью пакета STATGRAPHICS позволило построить поле рассеяния размера Н1 (рис. 2) и определить основные статистические показатели (таблица), описывающие распределение размеров в партии деталей (размах выборки, выборочное среднее, дисперсию, стандартное отклонение).

Исследовано влияние геометрических факторов на точность формообразования [5, 6].

Так, исследования показали, что большое влияние оказывает соотношение размеров заготовки (Н0, Л0) на размер высоты деталей Н1 при обратном выдавливании. При В0/Б1 > 1 имеет место наличие одновременно двух процессов — прямого и обратного выдавливания, а в случае < 1 увеличивается

зазор между заготовкой и матрицей, что проводит к невыполнению условий процесса обратного выдавливания.

В случае уменьшения отношения H0/h степень деформации увеличивается, а с увеличением степени деформации увеличивается Н^. При увеличении H0/h > 1 уменьшается степень деформации и когда H0/h = 1 степень деформации равно нуль.

Выяснено наличие влияния радиуса закругления торца пуансона на погрешность формы торца детали. В том случае, когда радиус закругления торца пуансона равен радиусу пуансона, получается наиболее низкая погрешность.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Попов М. Е. Расчет операционных размеров заготовок при холодном выдавливании и калибровании деталей // Вестник машиностроения. - 1983. - № 1. - С. 41-47.

2. Чесноков В. С., Каплунов Б. Г. Разработка и применение программного обеспечения для автоматизированного проектирования и моделирования процессов ковки и горячей штамповки // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. -2008. - № 9. - С. 36-44.

3. Биба Н.В., Стебунов С. А. Новости моделирования объемной штамповки - программа QForm // САПР и графика. - 2004. - № 9. -С. 45-50.

4. Дорошенко В.И., Тетерин Г.П., Бакров В.П. Расчет на ЭВМ оптимальных размеров заготовки в комбинированном технологическом процессе штамповки изделий с глубокой полостью // Вычислительная техника в машиностроении. - 1982. - № 4. - С. 29-34.

5. Попов М. Е., Асланян И. Р., Бубнов А. С., Емельянов В. Н. и др. Обработка деталей поверхностным пластическим деформированием: монография / Под ред. С. А. Зайдеса. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2014. -560 с.

6. Попов М. Е., Зайдес С. А., Емельянов В. Н, Попов М. Е. и др. Деформирующая обработка валов: монография / Под ред. С. А. Зайдеса. -Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2013. - 452 с.

7. Валиев Р. З., Александров И. В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. - М.: Логос, 2000. - 272 с. ЕИЗ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Попов Михаил Егорович1 - доктор технических наук, профессор, доцент, e-mail: pme-dgtu@mail.ru, Попов Андрей Михайлович1 - кандидат технических наук, доцент, Аль-Джубури О.1,

1 Донской государственный технический университет (ДГТУ).

Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 6, pp. 101-106. M.E. Popov, A.M. Popov, O. Al-Juburi IMPROVING ACCURACY OF PARTS MANUFACTURING BY COLD PRESSING

Factors affecting the accuracy of the size and shape of the surfaces of blanks obtained by cold plastic deformation. The methodology of calculation of allowances and operational dimensions of parts in combined machining processes, including the processes of cutting and cold plastic deformation. Presents results of a study of the accuracy of cold backward extrusion in an environment QForm 2D/3D.

Key words: cold extrusion, precision parts, calculation of allowances, operating the sizes, combined processes, machining, mathematical modeling.

UDC 621.01

AUTHORS

Popov M.E}, Doctor of Technical Sciences, Professor, Assistant Professor, e-mail: pme-dgtu@mail.ru, Popov A.M.1, Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, Al-Juburi O. ',

1 Don State Technical University, 344023, Rostov-on-Don, Russia.

REFERENCES

1. Popov M. E. Vestnik mashinostroeniya. 1983, no 1, pp. 41—47.

2. Chesnokov V. S., Kaplunov B. G. Kuznechno-shtampovochnoeproizvodstvo. Obrabot-ka materialov davleniem. 2008, no 9, pp. 36—44.

3. Biba N. V., Stebunov S. A. SAPR igrafika. 2004, no 9, pp. 45-50.

4. Doroshenko V. I., Teterin G. P., Bakrov V. P. Vychislitel'naya tekhnika v mashinostro-enii. 1982, no 4, pp. 29-34.

5. Popov M. E., Aslanyan I. R., Bubnov A. S., Emel'yanov V. N. Obrabotka deta-ley poverkhnostnym plasticheskim deformirovaniem: monografiya. Pod red. S. A. Zaydesa (Обработка деталей поверхностным пластическим деформированием: monograph, Zaydes S. A. (Ed.)), Irkutsk, Izd-vo IrGTU, 2014, 560 p.

6. Popov M. E., Zaydes S. A., Emel'yanov V. N., Popov M. E. Deformiruyushchaya obrabotka valov: monografiya. Pod red. S. A. Zaydesa (Деформирующая обработка валов: monograph, Zaydes S. A. (Ed.)), Irkutsk, Izd-vo IrGTU, 2013, 452 p.

7. Valiev R. Z., Aleksandrov I. V. Nanostrukturnye materialy, poluchennye intensivnoy plasticheskoy deformatsiey (Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией), Moscow, Logos, 2000, 272 p.

I НОВИНКИ ИЗДАТЕЛЬСТВА «ГОРНАЯ КНИГА»

Кармазин В.В., Кармазин В.И.

Магнитные, электрические и специальные методы обогащения полезных ископаемых: Учебник для вузов. В 2 т. Год: 2017, 3-е изд., стер. Страниц: 672 ISBN: 978-5-98672-458-4 UDK: 622.7

Изложены современные теоретичексие представления о разделении минералов в магнитных, электрических и комбинированных полях. Рассмотрены процессы и аппараты основных, подготовительных и вспомогательных методов магнитного и электрического обогащения. Практика магнитных и электрических методов обогащения излагается на основе опыта отечественных и зарубежных обогатительных фабрик, использующих магнитные и комбинированные (с гравитационными, электрическими, специальными и другими методами) технологии. Для студентов вузов, обучающихся по специальности «Обогащение полезных ископаемых» направления подготовки дипломированных специалистов «Горное дело». Том 1. Магнитные и электрические методы обогащения полезных ископаемых. Том 2. Специальные методы обогащения полезных ископаемых.