CC BY
18
КОНОВАЛОВ В. А.
УДК 621.777
Формоизменение трубных
заготовок при обжиме в конической матрице с контейнером
ПРИВОДЯТСЯ РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО УСТАНОВЛЕНИЮ ЗАВИСИМОСТИ ПАРАМЕТРОВ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ ОТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДЕФОРМИРУЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА И РАЗМЕРОВ ЗАГОТОВОК.
В различных узлах механизмов и машин применяют удлиненные полые детали со ступенчатой наружной поверхностью ступенчатые валы и оси, цапфы шнековых узлов и колес сельхозмашин, патрубки горловин баллонов и т. д.
Такие детали можно изготавливать холодным обжимом толстостенных трубных заготовок Толстостенными принято считать трубы с S^D >0,1.
Одна из схем реализации процесса - обжим в конической матрице с контейнером (рис 1а).
Формоизменение при обжиме толстостенных труб недостаточно изучено поэтому были проделаны экспериментальные исследования по установлению характера зависимости параметров формоизменения от геометрических характеристик деформирующего инструмента и размеров заготовок. Известно [1], что тонкостенные трубные заготовки при обжиме (S0/D < 0,1) в конической матрице приобретают утолщение стенки в обжатой части деформированного изделия - зоны В и С (рис 16).
S,
э
\ Г
S, "т г"
d
Рис. 1 Схема обжима (а) и меридиональное сечение обжатого образца (б)
1 - пуансон, 2 - контейнер, 3 - матрица, 4 - исходная заготовка, 5 - деформированное изделие.
Для толстостенных труб установлено, что в процессе обжима происходит утолщение стенки и в необжимаемой части - зоне А. Эту особенность следует учитывать при проектировании технологического процесса штамповки обжимом. Следовательно необходима количественная оценка утолщения стенки полого изделия в зависимости от параметров процесса, таких, как: коэффициент обжима К^, определяемый отношением исходного диаметра Э к конечному с1; угол воронки матрицы а и относительная толщина стенки исходной заготовки Э^О.
Интересующие нас параметры формоизменения представлены относительными величинами Б/Бр и (1д|3-
Эксперименты выполнены на образцах из стали 20. Выбранный материал отличается хорошей штампуемос-тью в холодном состоянии. Заготовки получали из бесшовной толстостенной трубы, обеспечивая им их требуемые размеры с помощью редуцирования и токарных работ.
Перед экспериментом образцы отжигали с целью снятия наклепа от прокатки и редуцирования и готовили их поверхность с использованием технологии фосфатирова-ния.
Деформирование образцов осуществляли на гидравлическом прессе П474 А, оснащенном универсальным штампом (рис. 2).
Рабочий инструмент штампа - пуансон 5 и сменная матрица 8 е бандаже 9, снабженная съемным контейнером 7.
В штампе смонтированы тензорезисторные преобразователи сил и перемещений, посредством которых регистрировали текущее формоизменение обжимаемой заготовки.
Изменение толщины стенки в зоне А фиксировалось с помощью балочки 14; вертикальное перемещение торца обжимаемой части отслеживалось специальным устройством, конструкция которой включает корпус 15 , крышки нижнюю 16 и верхнюю 17, цангу 13 шарик 19 пружину 20 и месдозу 21. Такое устройство обеспечивает возможность отслеживания перемещения торца обжимаемого конца образца от момента входа его в матрицу до крайнего нижнего положения. Высокая чувствительность месдозы обеспечивается использованием для ее изготовления материала с низкой величиной модуля упругости. Размеры и материал месдозы отвечают рекомендациям [2].
Для регистрации изменения внутреннего диаметра обжимаемого конца образца использована собственная балочка 18, размещенная на цанге. Такое размещение позволяет фиксировать текущее перемещение одной и той же точки образца на всем пути деформирования.
Балочки и месдоза градуировались при помощи поверенных инструментов и приборов.
В процессе деформирования образцов производилась запись осциллограмм, фиксировавших сигналы тен-зорезисторных датчиков.
Результаты расшифровки осциллографических записей пересчитывались в величины выбранных параметров в соответствии с известной методикой статистической обработки [3,4].
На основании полученных данных построены графики (рис. 3,4). Их характер указывает на вполне определенное и однозначное влияние геометрии инструмента и размеров исходной заготовки на параметры формоизменения.
Из анализа диаграмм зависимости относительной толщины стенки от хода пуансона следует:
- относительная толщина стенки в необживаемой зоне растет с уменьшением параметра Б^О, увеличением коэффициента обжима и угла воронки матрицы;
- на интенсивность роста относительной толщины стенк ^ " ьшей степе
i
51
I
Рис. 2. Экспериментальный штамп.
1. плита верхняя, 2. кольцо обоймы, 3. обойма, 4. пуансонодержа-тель, 5. пуансон, 6. плита средняя. 7. кронштейн, 8. матрица, 9. бандаж, 10. кольцо подкладное, 11. плита нижняя, 12. шпилька, 13. цанга, 14. балочка, 15. корпус, 16. крышка верхняя, 17. крышка нижняя. 18. балочка, 19. шток, 20. пружина, 21. месдоза.
О
0
Р
1
i |
i £
3
i
0
1
3
со §
i ig
1 i
1
0
1 1 i
S §
I
§
0
1
"йг
i £
о
05 |
0
1
¡¡С
0
8
£ *
1
i
i
i i
о •е.
(8
10
3
5 1.040
| 1.020 о
кое -1,40
а= 15° У ** Г 1
/ ) / / // // / Г ,' .и» т X * ф * J
///.' г '
16.000 24.000 32,000
Ход пуансона и им
а
со"
I 1.030 в Б
г
X
3
Е 1,020
8 X
£
1,120
§ 1.060 I
5 1.озо 8
Ход пуансона и мм
Б 1.04О
г I
с
г а
х
¿4,020
3 &
а
24,000 32,000 40,000
Ход пуансона 1-, мм
1 ДО
о
13 «Г 3
X 1,15
е
3
Коб. «1,40
а=22°30' 1—1 1
/1 г к■ " ___ -- к *.....-1
А'- А я'' '
40,000 48.000
24,00 32,00
Ход пуансона и мм
Ко6.=1,25
а= 15° ¿Г х- \---— н ь — — — ч 1
п // // . // __ ✓ * ------
к.' л Г '
1,32
о
13 ю
i 1Д4 Б
I
1,08
24.000 32,000 40.000 48.000
Ход пуансона и мм
24,00 32,00
Ход пуансона I., мм
Коб.=1,55
а= 15° / / . < ___ г 1 ■ __ к ...... к
А г- "
//.у,, г"'
е «г 5
V" в X
I..
24,00 32.00
Мод пуансона и ми
а
18,000 24,000 32,000 40,000 48,000 ">
Коб.=1,25 а=22°30"
А // 1----4 1----Ч 1
М 1 . — ■■ г-"" 1- -----1 1
1 1,е
С 1,40
Р
§ 1.:
24,00 32.00
Ход пуансона 1-, мм
1,40
(А
| 1,30 и
3
I 1,20
Рис. 3. Графики зависимости относительной толщины стенки в^/в, от хода пуансона I..
Э^О.Ю; -— 3^0=0.12; 3,70=0,15;
— Зу0=0,18;
Коб.=1,55
а=22°30' / / / / / X ' / * \
/ ✓ Г Г ------- Г 1
и г- • "
Коб.=1,25 ■
а=1СТ / У У У У . * ■
/ / / ' / / .'*
/ /У //.•,' .' - *
Коб.=1,55 л I •
а=30° А // ■ // г
- V х I
уЛ Л:. г г
Коб.-1,40
а-30° / I / / / г / / / / I
1
" ' _ . Л 4 —- Г '
8,00
18,00
24.00 32,00
Ход пуансона Ц мм
0,400
0,300
Ö
О)
<
CT) 0,200
*Г
CO.
о
0,100
0,000
Коб.=1,55 i.
...... ' ___ * *
" " —ч
15,0 22,5
Угол воронки матрицы ( а ), град.
30,0
0,300
ö 0,200 .В5
'а
О)
Т
О)
^ 0,100
0,000
- - — .
Коб.=1,40
15,0 22,5
Угол воронки матрицы ( а ), град.
30,0
0,300
а о,2оо
си
<
Ii
О)
I
са О)
^ 0,100
0,000
^ < о ✓ ' " - . * * lt
s ■ч Коб.=1,25 V >, ----^---- ^ 1 Г
15,0
22,5
30,0
Угол воронки матрицы ( а ), град.
Рис. 4. Графики зависимости параметра ((дОДа)Лда от хода пуансона С.
S,/D=0,10 So/D=0.12 S,/D=0,15
S,/D=0,18; S,/D=0,21.
Обсуждая диаграмму, изображенную на рис.4, можно отметить, что параметр (tgß-tga)/tga уменьшается с увеличением а и S JD и увеличивается с ростом hL .
Таким образом можно заключить, что чем выше интенсивность утолщения стенки, за счет "подсадки" в зоне А, тем меньше относительное приращение толщины в зоне обжима.
Тем не менее при больших степенях деформации (большом К^) во многом за счет утолщения стенки заготовки происходит закрытие отверстия обжатого конца изделия. В данных экспериментах это наблюдалось при а=30°, К .=1,55, S„/ DiO.18.
Полученные результаты исследования рекомендуются к использованию при проектировании технологических процессов холодной штамповки, базирующихся на обжиме толстостенных трубных заготовок в конической матрице.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. - М.: Машиностроение, 1977. - 423 с.
2. Тензометрия в машиностроении / Под ред. P.A. Макарова - М., Машиностроение, 1975.-290 с.
3. Касса ндрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений. -М.: Наука, 1970. -104 с.
4. Пустыльник Е.И. Статистические методы анализа и обработки наблюдений. - М.: Наука, 1968.-288 с.
КОНОВАЛОВ Валерий Александрович - к.т.н., доцент кафедры «Машины и технология обработки металлов давлением» Омского государственного технического университета.
2 июня 1999 г.
% »
£ i
1
0
1
i
I
£ £
3
i
о *!
i
СО
i
¡s
1 i
1
0
1
