CC BY
48
2. Изотермическая пневмоформовка анизотропных высокопрочных листовых материалов / С.С. Яковлев [и др.]. М.: Машиностроение, 2009. 352 с.
S.N. Larin
TECHNOLOGICAL RECOMMENDATIONS ABOUT DESIGNING OF TECHNOLOGICAL PROCESSES OF MANUFACTURING OF CASE KNOTS FROM HIGH-STRENGTH MATERIALS
Technological recommendations about designing of technological processes of manufacturing of case knots from high-strength materials in a mode of short-term creep are resulted.
Key words: a high-strength material, a radiator, a hemisphere, a design, deformation, forming, creep, pressure, temperature.
Получено 15.01.12
УДК 621.983; 539.374
С.С. Яковлев, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, (4872) 35-14-82, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
Фам Дык Тхиен, асп., (4872) 35-14-82, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
В.И. Платонов, канд. техн. наук, проф., (4872) 35-14-82, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
Ю.Г. Нечепуренко, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-14-82, [email protected] (Россия, Тула, ОАО «Щегловский вал»)
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЕРВОЙ ОПЕРАЦИИ КОМБИНИРОВАННОЙ ВЫТЯЖКИ
Приведены результаты экспериментальных исследований силовых и деформационных параметров первой операции комбинированной вытяжки в конических и радиальных матрицах цилиндрических деталей. Показано удовлетворительное согласование экспериментальных и теоретических данных по силовым режимам и предельным возможностям формоизменения.
Ключевые слова: комбинированная вытяжка, эксперимент, операция, анизотропия, матрица, пуансон, сила, деформация, разрушение, напряжение.
Современные тенденции развития металлообработки характеризуются резким повышением требований к качеству и эксплуатационным свойствам изделий при снижении себестоимости их производства. Это стимулирует разработку высокоэффективных технологий, отвечающих
указанным требованиям и реализующих экономию материальных, трудовых затрат и энергетических ресурсов.
Процессы обработки металлов давлением (ОМД) относятся к числу высокоэффективных, экономичных способов изготовления металлических изделий, позволяющих повысить производительность труда, снизить энергоматериалоемкость производства, обеспечить высокое качество изготавливаемых изделий. Листовая штамповка открывает широкие возможности в этом направлении применительно к различным отраслям промышленности.
В различных отраслях промышленности широкое распространение нашли цилиндрические изделия, изготавливаемые методами ОМД.
Точное машиностроение, приборостроение, электронная промышленность, автомобильное, тракторное и сельскохозяйственное машиностроение, самолетостроение, ракетостроение и другие отрасли промышленности предъявляют повышенные требования к механическим характеристикам, размерной точности и качеству поверхности таких изделий. Часто их изготавливают методами вытяжки без утонения и с утонением стенки.
Интенсификация процесса глубокой вытяжки может быть достигнута комбинированной вытяжкой, которая характеризуется одновременным изменением диаметра вытягиваемой заготовки и толщины стенки. Этот метод позволяет получать изделия с повышенными точностными характеристиками, более упрочненной стенкой, достигать больших степеней деформации по сравнению с методами вытяжки и вытяжки с утонением, что приводит к значительному сокращению числа операций технологического процесса [1 - 5].
Теоретические исследования первой операции комбинированной вытяжки выполнены в работах [1 - 5]. С целью проверки возможностей оценки силовых режимов на кафедре «Механика пластического формоизменения» выполнены экспериментальные исследования первой операции комбинированной вытяжки в конических и радиальных матрицах.
Исследования проводились на заготовках из латуни Л63, сталей 08кп и Ст.3, алюминиевых сплавов АМгбМ и АМг2М, меди М1 различной начальной толщиной в состоянии поставки. Эксперименты выполнялись на кривошипном прессе двойного действия модели К471Б (рис. 1) и универсальной испытательной машине ГМС-50. Механические свойства исследуемых материалов приведены в работе [2].
Первая операция комбинированной вытяжки и вытяжки без утонения стенки осуществлялась на радиальных и конических матрицах без прижима в штампе (рис. 2), состоящем из хвостовика 1, верхней плиты 2, прокладки 3, планки 4, предназначенной для крепления месдозы 5, пуансоно-держателя 6, пуансона 7, кондуктора 8, направляющей втулки 9, матрицы 10, нижней плиты 11, съемника 12.
Рис. 1. Экспериментальный участок
В процессе эксперимента изменялся угол конусности матрицы а или радиус закругления матрицы Rм, коэффициент вытяжки md1 и коэффициент утонения msl (относительный односторонний зазор между пуансоном и матрицей ) для комбинированной вытяжки.
Коэффициент вытяжки md1 варьировался в пределах 0,5...0,9 за
счет увеличения начального диаметра заготовки. Коэффициент утонения msl менялся за счет изменения диаметра пуансона dп. Угол конусности
матрицы изменялся через каждые 10° в диапазоне 10...300, а радиус матрицы Rм изменялся в пределах 32, 24, 16 и 8 мм.
Постоянными для всех опытов были радиус закругления пуансона Rм =10 мм; диаметр матрицы dм =50 мм; высота рабочего пояска матрицы hp =3 мм.
Для первой операции комбинированной вытяжки использовались рекомендации по проектированию конических матриц [1], согласно которым при md1 = 0,5...0,6 применялись двухконусные матрицы, позволяющие
оптимально расчленить процесс деформирования на стадии, а при md1 = 0,7...0,8 - одноконусные (радиально-конические).
Особенность двухконусных матриц состоит в том, что они имеют составную конструкцию, позволяющую менять начальный диаметр заготовки.
В двухконусных матрицах угол верхнего конуса принимался ав = 30°, радиус перехода площадки, фиксирующей заготовку в матрице, в
коническую поверхность г6 = 5 мм, радиус перехода конической части матрицы в цилиндрическую - равным нулю.
Рис. 2. Схема экспериментального штампа
Конструкции матриц показаны на рис. 3 и 4.
Заготовки изготовлялись на токарном станке обточкой квадратных заготовок, предварительно полученных разрезкой из листа.
В качестве смазок принимались фосфотирование с последующим омыливанием для сталей 08кп и Ст.3 и омыливание для латуни Л63, алюминиевых сплавов АМг2М и АМгбМ, меди М1. Вытяжка осуществлялась на провал.
Силовые параметры процесса записывались с помощью месдозы, предварительно тарированной на испытательной машине ГСМ-50 с точностью 1 кН и шлейфового осциллографа Н117 в виде осциллограммы - графика силы в функции времени. При расшифровке индикаторных диаграмм
определялась максимальная величина силы. Для каждой группы фиксированных параметров проводилось по шесть опытов. За основу брались среднеарифметические данные силы.
Рис. 3. Конструкция радиальной матрицы
Рис. 4. Конструкция экспериментальной двухконусной матрицы
Выполнено сопоставление теоретических и экспериментальных данных по силовым режимам исследуемых процессов.
На рис. 5 представлены графические зависимости изменения относительной величины сил P = P/ (го^а 02 х ) и Pэк = Pэк| (го^а 0,2 ж ) от угла конусности матрицы а на первой операции комбинированной вытяжки ( ц п = 2ц м = °’1)-
гpадус
Рис. 5. Графические зависимости изменения относительной величины P от угла конусности матрицы а на первой операции комбинированной вытяжки алюминиевого сплава АМгбМ (md^ = 0,7)
Графические зависимости изменения относительных величин P и Рэк от относительного радиуса закругления матрицы Rм при разных сочетаниях технологических параметров исследуемой операции вытяжки цилиндрических деталей представлены на рис. 6. Значками обозначены экспериментальные данные. Заметим, что расчеты выполнены по методикам, приведенным в работах [3 - 5].
R и
Рис. 6. Графические зависимости изменения Р от Rм на первой операции комбинированной вытяжки стали 08кп (т^1 = 0,7)
Экспериментально установлено, что на первой операции комбинированной вытяжки максимальная величина силы может смещаться от момента совпадения центра закругления пуансона с верхней кромкой рабочего пояска матрицы до момента утонения краевой части заготовки; увеличение коэффициентов вытяжки т^\ и утонения т81 приводит к уменьшению силы. Сравнение теоретических расчетов и экспериментальных данных по силовым режимам на первой операции вытяжки указывает на хорошее их согласование (5...10 %).
С целью сопоставления величины предельных коэффициентов утонения т„ на первой операции комбинированной вытяжки проводились
1пр
опытные вытяжки при различных сочетаниях технологических параметров.
Предельные коэффициенты утонения определялись путем последовательного увеличения диаметра пуансона до разрушения изделия. Наличие обрыва наблюдалось визуально (рис. 7) и подтверждалось особенностью осциллограммы.
Рис. 7. Заготовки, изготавливаемые комбинированной вытяжкой с разными коэффициентами утонения
За предельную величину принималась самая малая величина этого коэффициента, при которой устойчиво проходил процесс вытяжки без разрушения (количество вытяжек не менее 3).
На рис. 8 приведены графики зависимости предельного коэффициента утонения т81 р от угла конусности матрицы а при фиксированных
значениях коэффициента вытяжки т^1 для сплава АМг2М. Здесь кривые
1, 2, 3 и 4 соответствуют величинам коэффициентов утонения ms , вы-
^пр
численным по максимальной величине растягивающего напряжения на выходе из очага пластической деформации, по допустимой степени использования ресурса пластичности материала при = 0,65 и = 0,25 соответственно и по критерию локальной потери устойчивости. Значками показаны экспериментальные результаты.
0,7
0,6
0,5
■Чир
0,4
0,3
0,2
I
^ \з_
—" Л
10 „ о 20 30
Рис. 8. Зависимости изменения предельного коэффициента утонения mSlпp от угла конусности матрицы а на первой операции
комбинированной вытяжки сплава АМг2М (md1 =0,5)
В процессе экспериментальных исследований обнаружились два
223
вида разрушения - обрыв стенки стакана на различной высоте и обрыв краевой части заготовки (рис. 9). Характер разрушения, предсказанный теоретическими исследованиями, подтверждался экспериментальными данными.
Рис. 9. Виды обрывов на первой операции комбинированной вытяжки
Максимальная величина расхождения теоретических и экспериментальных данных не превышает 5 %.
Сопоставление экспериментальных и расчетных величин предельных коэффициентов утонения на первой операции комбинированной вытяжки указывает на хорошее их согласование, а поэтому приведенные выше формулы могут быть использованы для предсказания предельных коэффициентов утонения.
Работа выполнена по государственным контрактам в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы и грантам РФФИ.
Список литературы
1. Валиев С.А. Комбинированная глубокая вытяжка листовых материалов. М.: Машиностроение, 1973. 176 с.
2. Нечепуренко Ю.Г., Яковлев С.П., Яковлев С.С. Глубокая вытяжка цилиндрических изделий из анизотропного упрочняющегося материала. Тула: ТулГУ, 2000. 182 с.
3. Яковлев С.П., Яковлев С.С., Андрейченко В.А. Обработка давлением анизотропных материалов. Кишинев: Квант, 1997. 331 с.
4. Яковлев С.С., Фам Дык Тхиен, Ремнев К.С. Математическая модель первой операции комбинированной вытяжки анизотропного материала в конической матрице // Известия ТулГУ. Технические науки. 2011. Вып. 6. С. 174.
5. Яковлев С.С., Фам Дык Тхиен, Ремнев К.С. Математическая модель последующей операции комбинированной вытяжки анизотропного упрочняющегося материала // Известия ТулГУ. Технические науки. 2011. Вып. 6. С. 223.
S.S. Yakovlev , Fam Dyk Thien, V.I. Platonov, Y.G. Nechepurenko THE EXPERIMENTAL INVESTIGATIONS OF FIRST OPERATION OF COMPOUND DRAWING
The results of experimental investigations of power and deformation parameters of cylindrical details first compound drawing operations in cone-shaped and radial-shaped dies are given. Thesufficient coordination of experimental and theoretical statistics about power circumstances and extreme deformation levels is shown.
Key words: compound drawing, experiment, operation, anisotropy, die, punch, power, deformation, failure, stress.
Получено 15.01.12
УДК 62І.983; 539.374
С.С. Яковлев, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, (4872) 35-І4-82, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
С.Н. Ларин, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-І4-82, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
Я.А. Соболев, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-І4-82, [email protected] (Россия, Москва, МГТУ «МАМИ»),
О.В. Пилипенко, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-І4-82, [email protected] (Россия, Москва, МГТУ «МАМИ»)
МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ23 ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРНО-СКОРОСТНЫХ РЕЖИМАХ ДЕФОРМИРОВАНИЯ
Изложены результаты экспериментальных исследований механических характеристик титанового сплава ВТ23 при различных температурно-скоростных режимах деформирования.
Ключевые слова: методика, механические свойства, анизотропия, температура, скорость деформации, растяжение, образец, параметры, коэффициенты анизотропии.
Расчет напряженного и деформированного состояний заготовки, силовых параметров и предельных возможностей изотермического формообразования высокопрочных анизотропных материалов возможен только при наличии информации о характеристиках механических свойств и параметров уравнения состояния исходной заготовки при температуре обработки. Эти величины находятся экспериментально [І].
