CC BY
8
Key words: corrugation, tooling, temperature, penetration, cylindrical workpiece, corrugated mesh, research, local^ formation.
Yakovlev Sergey Sergeevich, postgraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.7.01; 621.7.79
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-3-138-142
ИССЛЕДОВАНИЕ ОПЕРАЦИИ ФОРМОВКИ СТУПЕНЧАТЫХ ДЕТАЛЕЙ В ЛЕНТЕ
П.В. Романов, А.В. Харченко
В работе проведено исследование операции формовки двухступенчатой цилиндрической детали в ленточной заготовке. Операцией формовки получают объемный рельеф из листовой заготовки путем растяжения материала. Формовку осуществляют как из штучной заготовки, так и из полосы или ленты. Использование ленточных заготовок позволяет провести автоматизацию штамповочного производства, увеличить производительность. Формовку используют для получения на листовых и ленточных заготовках полостей различного профиля, а также для нанесения рельефа на большие площади поверхности плоских листовых заготовок. Технологический процесс может осуществляться как за одну операцию, так и за несколько в штампах последовательного действия. Исследования проводились при помощи конечно-элементного моделирования. Показано распределение интенсивностей напряжений, главной накопленной деформаций по объему заготовки, выявлено изменение силовых характеристик операции в зависимости от радиусов закругления рабочих кромок на матрице и пуансоне.
Ключевые слова: формовка, ступенчатая деталь, давление, напряжения, деформации, сила, трение.
Выбор оптимальных технологических условий процесса формовки связан с оценкой напряженного состояния материала в пластическом состоянии. Схема напряженного состояния при формовке близка к схеме двухосного растяжения. Параметры предельной формуемости ограничиваются локализацией деформации и возможностью разрушения заготовки в местах наибольшего утонения. В связи с этим необходимо проведение исследований для выявления мест утонения и оценки изменения конечной толщины изделия [1-10].
Проведем исследование операции формовки ступенчатых деталей в ленте моделированием с использованием метода конечных элементов. Схема процесса приведена на рис. 1. Принималось, что ленточная заготовка шириной 24 мм и толщиной 1,5 мм выполнена из стали 10. Фланцевая часть заготовки жестко защемлена и не перемещается при деформировании. Готовая деталь имеет следующие размеры: малая ступень диаметром 8 мм, высотой 2,1 мм; большая ступень диаметром 16 мм, высотой 2,1 мм.
Определим напряженно-деформированное состояние ленточной заготовки при формовке двухступенчатой цилиндрической детали моделированием с применением метода конечных элементов. Формовка осуществлялась при температуре 20°С на гидравлическом прессе, коэффициент трения варьировался в диапазоне 0,05...0,2. Радиусы рабочих кромок матрицы и пуансона принимали значения 0,5; 1; 1,5.
На рис. 2 и 3 приведены распределенные по объему значения максимальных абсолютных напряжений и накопленной деформации в полуфабрикате на конечном этапе деформирования.
Анализ напряженно-деформированного состояния показал, что с увеличением радиусов закругления на инструменте с 0,5 до 1,5 мм уровень напряжений в опасных сечениях заготовки снижается на 5.10%. Уровень накопленной деформации также имеет тенденцию к снижению 30.40%
б
Рис. 1. Штамповая оснастка для реализации формовки двухступенчатых цилиндрических деталей из ленточной заготовки: а - оснастка до деформирования; б - оснастка после деформирования; 1 - пуансон, 2 - матрица, 3 - прижим, 4 - ленточная заготовка
в
Рис. 2. Распределение максимальных абсолютных напряжений (МПа) в заготовке при формовке: а -Я=0,5 мм; б - Я=1 мм; Я=1,5 мм
1.374 1.172 0.970
■
0.767
0 565
0.362
0 160 -0 043
у я
1.169 П. 906 0.833 0.650 0,477 0.30+ 0.131
0,764 0.651 0.538 0.425 0.312
■ 0.199 0.086 -0.027
в
Рис. 3. Распределение накопленной деформации в заготовке при формовке: а - Я=0,5 мм;
б - Я=1 мм; Я=1,5 мм
На рис. 4 показано распределение толщины в полуфабрикате при различных радиусах рабочих кромок матрицы и пуансона.
б
а
б
а
в
Рис. 4. Распределение толщины в полуфабрикате при формовке с различными радиусами рабочих кромок инструмента: а - Я=0,5 мм; б - Я=1 мм; Я=1,5 мм
Проведенные исследования показали, что при радиусе закругления рабочих кромок на матрице и пуансоне Я = 0,5 мм происходит утонение начальной толщины заготовки в 3 раза, что может привести к локализации деформаций и разрушению заготовки. Инструмент с радиусами Я = 1,5 мм формирует наиболее оптимальную геометрию изделия по разнотолщинности.
Оценка силовых режимов операции формовки ступенчатых деталей в ленте показали, что увеличение радиусов закруглений рабочих кромок на матрице и пуансоне от 0,5 до 1,5 мм приводит к снижению технологической силы операции на 3.5% при начальной толщине заготовки 1,5 мм. Изменение коэффициента трения на контактных поверхностях заготовки и ин-
140
струмента не приводит к существенному изменению силовых режимов. Это объясняется тем, что при формовке деформирование заготовки осуществляется главным образом за счет утонения ее стенок, перемещение материала заготовки относительно инструмента не происходит.
Р,н
1600,00 1400,00 1200,00 1000,00 800,00
200,00 0,00
0,00 0,46 0,92 1,38 1,84 2,30 2,76 3,22 3,68 4,14 Я, ММ
Рис. 5. График технологической силы на ползуне пресса: а -Я=0,5 мм; б - Я=1 мм; Я=1,5 мм
Несмотря на наличие недостатка при формовке, такого как существенная разнотол-щинность в готовом изделии, данная операция позволяет провести автоматизацию производства путем использования ленты вместо штучных заготовок, тем самым значительно увеличивая производительность.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант РФФИ № 19-48-710002 р_а, и гранта Правительства Тульской области ДС/191.
Список литературы
1. Малоотходная, ресурсосберегающая технология штамповки / Под ред. В.А. Андрейченко, Л.Г. Юдина, С.П. Яковлева. Кишинев: Uшversitas, 1993. 240 с.
2. Ковка и штамповка: Справочник: В 4 т. Т.4. Листовая штамповка/ Под общ. Ред. С.С. Яковлева; ред. совет: Е.И. Семенов (пред.) и др. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2010. 732 с.
3. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977. 423 с.
4. Нечепуренко Ю.Г., Яковлев С.П., Яковлев С.С. Глубокая вытяжка цилиндрических изделий из анизотропного материала. Тула: ТулГУ, 2000. 195 с.
5. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1977.
278 с.
6. Яковлев С.С., Трегубов В.И., Нечепуренко Ю.Г. Глубокая вытяжка анизотропного упрочняющегося материала // Заготовительные производства. 2005. № 4. С. 38 - 44.
7. Яковлев С.П., Яковлев С.С., Андрейченко В.А. Обработка давлением анизотропных материалов. - Кишинев: Квант. 1997. 331 с.
8. Ларин С.Н., Платонов В.И., Коротков В.А. Проектирование матрицы для вытяжки материалов, обладающих плоскостной анизотропией механических свойств // Цветные металлы. 2018. №7. С. 83-87.
9. Валиев С.А. Комбинированная глубокая вытяжка листовых материалов. М.: Машиностроение, 1973. 176 с.
10. Чудин В.Н. Комбинированная вытяжка листового анизотропного материала / Куз-нечно-штамповочное производство. ОМД. 2021. №7. С. 3-7.
Романов Павел Витальевич, аспирант, тр—и1а@,гатЫег.ги, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
II
Я
2 3 |
у
Харченко Антон Витальевич, студент, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
EXTRACTION OF SMALL-SIZED CYLINDRICAL STEPPED PARTS P.V. Romanov, A.V. Kharchenko
The paper investigates the operation of forming a two-stage cylindrical part in a tape blank. By the molding operation, a volumetric relief is obtained from a sheet blank by stretching the material. Molding is carried out both from a piece blank, and from a strip or tape. The use of tape blanks allows you to automate stamping production, increase productivity. Molding is used to produce cavities of various profiles on sheet and tape blanks, as well as to apply relief to large surface areas offlat sheet blanks. The technological process can be carried out both in one operation and in several stamps of sequential action. The research was carried out using finite element modeling. The distribution of stress intensities, the main accumulated deformations over the volume of the workpiece is shown, the change in the force characteristics of the operation depending on the radii of rounding of the working edges on the matrix and punch is revealed.
Key words: hood, step part, pressure, stresses, deformations, force, friction.
Romanov Pavel Vitalyevich, postgraduate, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Kharchenko Anton Vitalievich, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
