CC BY
31
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010
46
УДК 621.735.32
К. Н. ПАНТЮХОВА З. Н. СОКОЛОВСКИЙ
Омский государственный технический университет
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОДНОВРЕМЕННОЙ ВЫСАДКИ ДВУХ ЗАГОТОВОК___________________________________________________
В данной работе отражены результаты исследования процесса одновременной высадки двух заготовок, имеющих различную форму поперечного сечения. Предложены способы высадки и методика расчета потери продольной устойчивости. Приведены экспериментальные данные.
Ключевые слова: высадка, способ высадки, потеря продольной устойчивости.
Результаты предыдущих исследований показывают, что даже при самых благоприятных способах закрепления цилиндрических заготовок в штампе при высадке со степенью деформации 8, = 0.1— 0.2
отношение
£ 2.5
, где 10 — длина заготовки под высад-
ку головки, ¿0 —диаметр заготовки под высадку головки происходит с потерей продольной устойчивости. Для успешной высадки головки с отно-
шением
> 2.5
из цилиндрическои заготовки пред-
лагается рассмотреть способ одновременной высадки двух заготовок.
По предлагаемому способу две заготовки помещают по одной в каждую из частей инструмента параллельно друг другу и на расстоянии, обеспечивающем при последующей совместной высадке контакт головок по плоскости, образующей грань каждой из головок (рис. 1). Способ осуществляется следующим образом. Заготовки 4 укладываются в матрицы 3 и 6; над торцами матриц выступают части заготовок, которые должны быть высажены.
Матрицы помещаются в обойму 5. Выталкиватели 2 и 7 фиксируют высоту выступающей части. Конструкция располагается на столе пресса 1. При движении подвижной матрицы 6 под действием ползуна пресса 8 происходит процесс совместной высадки двух заготовок. В начальной стадии деформации образуются бочкообразные головки, которые касаются друг друга боковыми поверхностями сначала в одной точке, а затем эта поверхность контакта растет, так как именно при совместной высадке возникает препятствие течению металла в радиальном направлении в месте первоначального контакта. В связи с симметричностью деформации поверхность контакта двух высаживаемых заготовок представляет собой плоскость, которая в конечной стадии высадки головок является фиксирующими гранями головок болтов. После окончания высадки матрица 6 перемещается в противоположном направлении и выталкиватели 2 и 7 удаляют высаженные болты из матриц 3 и 6.
Данный способ позволяет не только увеличить высаживаемую длину, но и приводит к уменьшению потерь металла при дальнейшем получении деталей со скошенными головками (рис. 2).
О
Рис. 1. Схема одновременной высадки двух цилиндрических заготовок
Рис. 2. Детали, получаемые при одновременной высадке двух цилиндрических заготовок
Л
Рис. 4. Схема пластического
продольного изгиба
Рис. 5. Изгиб при высадке
I-
т^Гч'і
і і ' і.1
У/ У/
I
. \
- ■
: ■- і ■ і
і
■ і
Рис. 3. Способ высадки Г-образных деталей
Рис. 6. Изгиб детали
Способ изготовления Г-образных деталей, представлен на рис. 3, включает установку листовой заготовки в матрицу и деформирование ее посредством вертикально опускаемого пуансона с образованием Г-образной детали с полкой, расположенной перпендикулярно задней плоскости детали, отличающийся от существующих способов тем, что в матрицу дополнительно устанавливают вторую листовую заготовку, а в процессе вертикально опускаемый пуансон осуществляет деформирование двух листовых заготовок путем их высадки, которую производят с опорой заготовок друг на друга плоскостями.
Этот способ, аналогично предыдущему, с цилиндрическими заготовками позволяет увеличивать высоту высаживаемой части I, не опасаясь при этом продольного изгиба заготовки на начальной стадии.
Проведенные эксперименты показывают, что при подобной схеме потеря устойчивости происходит
I -
при отношении высоты к толщине пластины — > 3 .
Установлено, что во всех случаях на первой стадии процесса высадки происходит подсадка заготовки с формированием зон затрудненной деформации
у поверхностей матрицы и пуансона. Основная особенность формоизменения состоит в том, что при
I ? „
— > 3 происходит потеря продольной устойчивости с перемещением частиц металла от поверхности стыка к периферии (исключая зоны затрудненной деформации), т.к. критическая сила значительно меньше требуемой для устойчивой деформации. Образуются односторонние складки на каждой пластине, направленные выпуклой стороной от стыка [1, 2]. Процесс фиксирования изменения формы заготовок весьма трудоемок и затратен. Исходя из этого рационально использовать какие-либо теоретические методы прогнозирования поведения металла для управления процессом высадки.
Если допустить, что потеря устойчивости происходит в области упругих деформаций и только затем процесс переходит в стадию пластического деформирования, для решения задачи о нахождении пределов применения описанных выше способов можно использовать традиционные методы сопротивления материалов. В пользу этого говорит то, что искривление продольной оси штампуемой заготовки происходит на первоначальном этапе деформирования при движении пуансона вниз, когда высота заготовки максимальна. То есть заготовка сначала «складывается», а затем начинается процесс пластического деформирования.
Потеря устойчивости при высадке высокой заготовки заключается в искривлении ее оси таким
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010
48
\16
Мб (круг)
3,400 3,300 3,200 3,100 -1 3,000 2,900 2,800 2,700 -2,600 2,500 4
0,0Е+00 5,0Е+05 1,0Е+06 1,5Е+06
■Г=0,08
-Г=0,1
■Г=0,15
I
Рис. 8. График зависимости от усилия Ртек для круглого
поперечного сечения при различных коэффициентах трения
Критические № (пластина)
I
Рис. 9. График зависимости от коэффициента трения/
для пластины - показан сплошной линией; пунктирной изображена линия тренда
образом, что свободная поверхность в центральной части приобретает, с одной стороны, выпуклую форму, а с другой — вогнутую [3]. Причем волокна у выпуклой стороны бруса удлиняются, а у вогнутой — укорачиваются.
Рассмотрим схему формообразования, представленную на рис. 4. Наибольший эксцентриситет силы Р ограничен величиной е. При достаточно малой величине эксцентриситета преобладающим процессом является сжатие. Начавшийся изгиб постепенно прекращается, и происходит высадка или осадка заготовки до размера, определяемого смещением е. Усилие, соответствующее чистому изгибу стержня, равно:
р.=_!_!, Ц)
е
где — момент сопротивления изгибу;
ста—предел текучести.
Усилие, достаточное для пластического сжатия заготовки, составляет:
Из-за односторонней стесненности деформаций именно на эту величину должна прогибаться середина оси стержня некоторой силой Ру. Таким образом, стержень сжимается силой Р и изгибается силой Р— то есть находится в состоянии продольно-поперечного изгиба (рис. 7).
Нормальное течение процесса высадки будет иметь место при выполнении условия (поперечная сила на пуансоне меньше силы трения детали о пуансон)
ПИ) * Р ■ Ї,
(4)
где/ — коэффициент трения детали по пуансону.
Система дифференциальных уравнений продольно-поперечного изгиба
су_
СЬ
Сф
СЬ
= ~ф, М ' ы ’
р" = ,
(2)
СМ п Р —— = п - р ■ф,
Сь
(5)
гдеР — площадь поперечного сечения заготовки.
Если р’ < р', то можно полагать, что сжатие начнется ранее изгиба и произойдет высадка. Из уравнений (1) и (2) получаем условие устойчивости процесса высадки:
Ж
е < г. (3)
Г
В случае круглого стержня продольный изгиб может происходить в различных плоскостях. Условие устойчивости осадки круглого стержня заключается в том, чтобы направление эксцентричной силы проходило внутри круга с радиусом ер. Этот круг можно назвать пластическим ядром сечения [3].
При переходе в пластическую область устойчивость стержня резко уменьшается.
В случае поперечного изгиба сопротивление изгибу значительно возрастает при переходе из упругого в пластическое состояние (рис. 5).
При сжатии стержня силой Р имеет место поперечная деформация и, соответственно, увеличение диаметра
сСП
СЬ
Р Е ■ F
■ С
где 1 < к < 2 — коэффициент, учитывающий перераспределение объема при различных фактических закреплениях торцов (рис. 6).
О при I -8/2 £ ь < I + 8/2,
Ру / 8 при I - 8 / 2 > ь £ I + 8 / 2
В формулах:
V— прогиб; ф — угол поворота;
М— изгибающий момент;
П — поперечная сила;
5 — ширина площадки контакта деталей. Система интегрируется численно при граничных условиях
У(0) = 0, ф(0) =0, У(1) = 0, ф(1) = 0 и дополнительном условии
у(1) = А.
Соотношение поперечного размера С и свободной I
длины 1 — с выбирается из условия (4). Сила принималась равной силе текучести, и ее величина, а значит, и предел текучести детали, мало влияли на критическое
I
значение с (рис. 8).
Полученные зависимости позволяют определять пре-I
дельное соотношение с для круглого и прямоуголь-
р
!М при Р=Ртек (круг)
1
Критическое !/с1 при Т=0,1
к
1_
а
для круглого поперечного сечения - показан толстой искривления к для пластины
Рис. 10. График зависимости от коэффициента трения/ рис. 11. График зависимости ^ от коэффициента
линией, тонкой - линия тренда
Рис. 16. Промежуточная стадия высадки с потерей продольной устойчивости
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010
ного сечения детали при различных коэффициентах трения. Видно, что, уменьшая трение, можно существенно увеличить длину для высадки (рис. 9, 10).
Коэффициент искривления поверхности к при прочих постоянных показателях, изменяясь в принятых пределах 1 £ к £ 2 , будет влиять на конечный результат так, как представлено на рис. 11.
Результаты проведенных экспериментов подтверждают справедливость изложенных выше расчетов (рис. 12). Эксперимент проводился на гидравлическом прессе 2ГП-125. Заготовки из алюминиевого сплава АД нарезались на фрезерном станке. Толщина заготовки в=12 мм, относительная высота под высадку
И И И
— = 2, (рис. 13) ^ = ^^ = • На рис. 14 представлен вид
В.А. Криволапов//Механика процессов и машин: сб. науч. тр.-Омск: ОмГТУ, 1996. - С. 61-64.
2. Прогнозирование возникновения дефектов на стадии разработки технологии холодной высадки / В.В. Евстифеев и [др.] // Военная техника, вооружение и технологии двойного применения: матер. III Междунар. технологич. конгресса: в 2 ч.-Омск: ОмГТУ, 2005.-Ч. 1.-С. 124- 125.
3. Томленов, А.Д. Теория пластического деформирования металлов / А.Д. Томленов - М.: Металлургия, 1972. - 408 с.
матрицы с установленными в ней пластинами.
к с
Деталь с отношением — = 5 теряет продольную устойчивость как одиночная пластина, сгибаясь в одну сторону (рис. 15). На промежуточной стадии деформирования этой детали наблюдается картина, представленная на рис. 16.
Библиографический список
1. Евстифеев, В.В. Особенности формоизменения двух плоских заготовок при их одновременной высадке / В.В. Евстифеев,
ПАНТЮХОВА Ксения Николаевна, инженер научного издательства.
СОКОЛОВСКИЙ Зиновий Наумович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры сопротивления материалов.
Адрес для переписки: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11.
Статья поступила в редакцию 25.05.2010 г.
© К. Н. Пантюхова, З. Н. Соколовский
УДК 539 3 Е. Г. ХОЛКИН
З. Н. СОКОЛОВСКИЙ
Омский государственный технический университет
МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТРАПЕЦИЕВИДНЫХ ТОНКОСТЕННЫХ ПРОФИЛЕЙ С УЧЕТОМ МЕСТНОЙ ПОТЕРИ УСТОЙЧИВОСТИ
В статье анализируются критерии последствия местной потери устойчивости пластинчатых элементов трапециевидных тонкостенных профилей при продольнопоперечном изгибе. Предлагается методика расчета профилей по методам допускаемых напряжений и предельных состояний с учетом возможности местной потери устойчивости. Методика строится на базе аналитических, численных и экспериментальных исследований авторов.
Ключевые слова: тонкостенный трапециевидный профиль, несущая способность, местная потеря устойчивости, допустимые напряжения, предельные нагрузки.
В несущих конструкциях из высокотехнологичных тонкостенных трапециевидных профилей расчет ведется по методам допускаемых напряжений или предельных состояний. Первый применяется для материалов с невыраженной площадкой текучести и при динамическом нагружении. При статическом нагружении для пластичных материалов допускается расчет по предельным состояниям, что особенно актуально для гнутых арочных конструкций со значительными остаточными напряжениями.
Методика строится на базе исследований авторов и полученных аналитических зависимостей для расчета критических напряжений потери местной устойчивости пластинчатых элементов тонкостен-
ного трапециевидного профиля. Задача разделяется на три составляющие:
— определение толщины профиля (предельной tпр), при которой нет необходимости учитывать местную потерю устойчивости в данном типе расчета;
— определение области допустимых нагрузок тонкостенного трапециевидного профиля, внутри которой обеспечивается несущая способность без местной потери устойчивости;
— определение области допустимых значений N и М, внутри которой обеспечивается несущая способность при местной потере устойчивости одного или нескольких пластинчатых элементов тонкостенного трапециевидного профиля.
