CC BY
14
ТЕХНОЛОГИИ И МАШИНЫ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ
УДК 621.7.043 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-4-302-306
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОПЕРАЦИИ ВЫТЯЖКИ С УТОНЕНИЕМ ПУАНСОНОМ ПЕРЕМЕННОГО ДИАМЕТРА
А.П. Кайбаров, С.А. Евсюков, Т.Ю. Артюховская
Приведены результаты экспериментального исследования операции вытяжки с утонением, которая проводилась при переменном зазоре между матрицей и пуансоном. После вытяжки были проведены измерения внутреннего и внешнего радиусов полученной заготовки и радиус пуансона, с помощью которого выполнялась вытяжка с утонением. Представлено распределение толщины стенки по высоте вытянутого стаканчика. Определен характер внешней и внутренней поверхностей стаканчика, обнаружен значительный перепад толщины стенки в нижней части заготовки и в месте увеличения радиуса пуансона.
Ключевые слова: вытяжка, переменный зазор, вытяжка с утонением, переменная толщина стенки, стаканчик, пуансон переменного диаметра.
Снижение веса изделия, при сохранении функциональных характеристик, является важным фактором для повышения эффективности его эксплуатации. Одним из возможных путей достижения этого, применительно к операциям листовой штамповки, может являться получение деталей с заданным распределением толщины стенки вдоль образующей. При выполнении операций листовой штамповки, в частности, таких как вытяжка и обжим, происходит самопроизвольное изменение (увеличение) толщины материала. Чаще всего получаемая толщина стенки является избыточной и приводит к увеличению веса детали. Для исключения избыточности толщины стенки применяют вытяжку с утонением.
При вытяжке с утонением стенки зазор между пуансоном и матрицей берут заведомо меньше толщины стенки заготовки, которая в процессе вытяжки получает преднамеренное утонение [1]. При традиционном способе вытяжки с утонением зазор между пуансоном и матрицей остается постоянным [2]. В данной статье рассматривается способ, при котором матрица имеет постоянный диаметр, а радиус пуансона изменяется. В нижней части пуансон имеет постоянный радиус, в средней части происходит плавное увеличение радиуса, а в верхней - вновь постоянный радиус. Таким образом, можно получить деталь с цилиндрическим участком в нижней части и участок с постепенным уменьшением толщины стенки в верхней части. Схема операции показана на рис. 1.
Возможность осуществления предложенной схемы деформирования проверялась на заготовках из отожженного алюминиевого сплава АМг2 толщиной 1,5 мм.
В первую очередь выполнялась обыкновенная вытяжка круглой заготовки диаметром D=80 мм. Диаметр пуансона был равен dп=43 мм, радиус скругления кромки
302
пуансона гп=4,5 мм, диаметр матрицы ём=47 мм, радиус скругления кромки матрицы гм=3 мм. После проведения вытяжки был получен стаканчик высотой 29,2 мм, толщина стенки у края 2 мм, стаканчик показан на рис. 2.
т 1 ж.
J
Рис. 1. Схема операции
Рис. 2. Заготовка после вытяжки
После первой вытяжки выполнялась вытяжка с утонением стенки. Для этой операции использовалась цилиндрическая матрица диаметром меньше, чем на первой вытяжке Бм=45 мм и с радиусом скругления кромки гм=5мм. Пуансон для вытяжки с утонением в нижней части имел постоянный номинальный радиус 42,4 мм, в верхней части постоянный номинальный радиус 42,7 мм и промежуточный плавный переход. Пуансон был выполнен из стали У10А с закалкой до твердости ИЯС 56..60. Чертеж пуансона показан на рис. 3.
А5_
65
Рис. 3. Чертеж пуансона для вытяжки с утонением
В результате вытяжки с утонением получили стаканчик с переменным распределением толщины стенки по высоте. У полученной заготовки производилось измерение внутреннего и внешнего радиуса, а также измерялся внешний радиус пуансона для вытяжки с утонением. Измерение выполнялось с помощью координатно-
303
измерительной машины серии PRISMO navigator фирмы ZEISS. Данная координатно-измерительная машина проводит измерения при помощи щупа, точность измерения составляет 4 мкм. Процесс измерения показан на рис. 4. Заготовка в процессе измерения крепилась к столу измерительной машины при помощи магнита, помещаемого внутрь стаканчика. Толщина стенки заготовки рассчитывалась как разность между измеренными радиусами. В таблице представлены численные значения полученных измерений. Значения радиусов пуансона смещены на 1,5 мм из-за толщины дна заготовки. На рис. 5 показано распределение толщины стенки по высоте детали, полученной в результате вытяжки с утонением с переменным зазором.
Рис. 4. Процесс измерения внутреннего и внешнего радиусов заготовки
после вытяжки с утонением
Результаты измерения пуансона для вытяжки с утонением _ и заготовки после вытяжки ^с утонением_
Расстояние от дна Радиус пуан- Внутренний радиус Внешний радиус Толщина стенки
заготовки, мм сона Яп, мм заготовки Явнутр, мм заготовки Явнеш, мм S, мм
7,0 - 21,192 22,453 1,261
8,5 - 21,19 22,435 1,245
10,0 - 21,192 22,384 1,192
11,5 21,165 21,19 22,381 1,191
13,0 21,162 21,189 22,397 1,208
14,5 21,157 21,183 22,419 1,236
16,0 21,169 21,181 22,436 1,255
17,5 21,190 21,190 22,464 1,274
19,0 21,211 21,214 22,483 1,269
20,5 21,225 21,238 22,485 1,247
22,0 21,238 21,25 22,481 1,231
23,5 21,252 21,258 22,476 1,218
25,0 21,264 21,269 22,468 1,199
26,5 21,278 21,283 22,473 1,19
28,0 21,285 21,299 22,476 1,177
По приведенным в таблице данным видно, что прилегание заготовки к пуансону по внутренней поверхности наблюдается практически по всей длине образующей. С момента увеличения радиуса пуансона начинает увеличиваться внутренний радиус заготовки, а толщина стенки заготовки начинает уменьшаться. Визуально внутренняя поверхность заготовки после вытяжки с утонением имела гладкую поверхность (рис. 5), изменение внутреннего диаметра происходит плавно без резких перепадов.
Внешний радиус заготовки, а с ним и толщина стенки заготовки значительно уменьшается в нижней части стаканчика (рис. 6), в которой при вытяжке обычно появляется утонение стенки [3]. На расстоянии от дна заготовки, при котором начинается увеличение радиуса пуансона, и до торца заготовки внешний радиус заготовки практически не изменяется. Визуально уменьшение внешнего радиуса заготовки можно уви-
деть при приложении штангенциркуля к внешней поверхности заготовки. На рис. 6 видно, что между боковой поверхностью заготовки и штангенциркулем имеется зазор в нижней части стаканчика, что соответствует результатам измерений внешнего радиуса заготовки.
Рис. 5. Распределение толщины стенки в заготовке после вытяжки с утонением
Рис. 6. Внешняя поверхность заготовки после вытяжки с утонением
По результатам эксперимента вытяжки с утонением с переменным зазором можно сделать следующие выводы:
1. Использование пуансона переменного диаметра при вытяжке с утонением, позволяет получить цилиндрический стаканчик с переменной вдоль образующей толщиной стенки.
2. Внутренние размеры заготовки, при вытяжке с утонением пуансоном переменного диаметра, зависят от геометрии пуансона. Изменение внутреннего контура заготовки повторяет изменение контура пуансона. При этом наблюдается прилегание заготовки к пуансону по всей высоте стаканчика.
3. При вытяжке с утонением пуансоном переменного диаметра в нижней части заготовки наблюдается утонение стенки. Следствием этого является уменьшение внешнего размера заготовки. При этом внутренний радиус заготовки в этой области практически не изменяется. На высоте заготовки, при которой начинается увеличение диаметра пуансона и до торца заготовки, внешний радиус заготовки остается практически постоянным.
Список литературы
1. Ковка и штамповка: справочник. Т. 4. Листовая штамповка / под общ. ред. С.С. Яковлева; ред. совет: Е.И. Семенов (пред.) и др. 2-еизд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2010. 732 с.
2. Исаева А.Н., Романов П.В., Романов Р.С. Изготовление цилиндрических изделий с переменной толщиной стенки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып.4. 2020. С. 396-400.
3. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Л.: Машиностроение, 1979. 520 с.
Кайбаров Андрей Платонович, аспирант, [email protected], Россия, Москва, Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана,
Евсюков Сергей Александрович, д-р техн. наук, профессор, [email protected], Россия, Москва, Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана,
Артюховская Татьяна Юрьевна, канд. техн. наук, доцент, tart11@,mail.ru, Россия, Москва, Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана им. Н. Э. Баумана
EXPERIMENTAL RESEARCH OF DRA WING OPERA TION WITH THINKING BY PUNCH WITH VARIABLE RADIUS
A.P. Kaybarov, S.A. Evsyukov, T.I. Artiukhovskaia
The article deals with experimental research of drawing operation with thinking, which had various gap between punch and die. Internal and external diameters of the stamped cup and diameter of the punch have been measured, thickness of the wall along the height of the cup have been calculated. The features of the internal and external diameters of the stamped cup have been analyzed; significant decrease of the thickness at the bottom part of the cup was discovered.
Key words: drawing operation, drawing operation with thinking, variable thickness, cup, punch with variable diameter.
Kaybarov Andrey Platonovich, postgraduate, kaybandas@yandex. ru, Russia, Moscow, Bauman Moscow State Technical University,
Evsyukov Sergey Aleksandrovich, doctor of technical sciences, professor, mt6evs@yandex. ru, Russia, Moscow, Bauman Moscow State Technical University,
Artiukhovskaia Tatiana Iurevna, candidate of technical sciences, docent, tart11@,mail.ru, Russia, Moscow, Bauman Moscow State Technical University
