CC BY
46
MODELING OF PROCESS OF FORMATION HEX HEAD BOLT STAINLESS
STEEL TRIM
O.S. Zhelezkov, T.Sh. Galiakhmetov, S.B. Lizov
The experiments and the finite element simulation of the process of the formation of the hex head bolts stainless steel trim. Considered one - and two-sided trimming. Determined by normal tensile stresses and the failure criterion Cockroft-Latham at points located near the area trimming for height of the cropped head. Advantages double-sided trimming.
Key words: rod fasteners, bolts, stainless steel, hex head, trim head, finite element method, failure criteria.
Zhelezkov Oleg Sergeevich, doctor of technical science, professor, feru-moff@ mail.ru, Russia, Magnitogorsk, Nosov Magnitogorsk State University,
Galiakhmetov Timur Shamilevich, director for technical development, t.galiachmetov'a,belzan. ru, Russia, Bashkortostan, Belebey, Belebeevsky P^nt Avtonormal,
Lizov Salimzhan Burambaevich, student, salimzhan. 1996@mail. ru, Russia, Magnitogorsk, Nosov Magnitogorsk State University
УДК 621.7.043
ИССЛЕДОВАНИЕ СВЯЗИ МЕЖДУ ПРЕДЕЛЬНЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ ВЫТЯЖКИ И ГРУППОЙ ШТАМПУЕМОСТИ СТАЛИ ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКИ
В. А. Демин
Рассмотрена связь между группой штампуемости сталидля холодной штамповки, определяемой при помощи испытаний листового материала по Эриксену, и предельным коэффициентом вытяжки. С использованием программного комплекса АШв-FormAplusR5.1. проведено моделирование вытяжки колпачка и формовки.
Ключевые слова: вытяжка, формовка, испытания листового металла.
При проектировании технологических процессов вытяжки цилиндрических и коробчатых деталей, основным параметром, определяющим технологический процесс штамповки является коэффициент вытяжки:
К=ОМ,
где d, О - диаметры детали и заготовки, соответственно.
В настоящее время наибольшее распространение получили таблицы предельных коэффициентов вытяжки, приведенные , например, в работах [1,2]. Предельный коэффициент вытяжки дается в зависимости от относительной толщины заготовки (100s/0), где s - толщина заготовки. Однако в работе [1] указано, что предельные коэффициенты вытяжки получены
262
«для стали глубокой вытяжки ( 08, ЮГ, 15Г) » и это при том, что группа штампуемости «для глубокой вытяжки - Г» исключена из ГОСТ 9045-93 «Прокат тонколистовой холоднокатаный из низкоуглеродистой качественной стали для холодной штамповки. Технические условия». В работе [2] сказано, что предельные коэффициенты вытяжки приведены для сталей марок 08 и 10, при этом группа штампуемости не указана.
В тоже время в работе [3] показано, что предельный коэффициент вытяжки может изменяться на 14% в зависимости от группы штампуемости стали БС, являющейся европейским аналогом стали 08.
В справочнике [4] предлагается для первой операции вытяжки в многооперационном процессе штамповки без отжига находить предельный коэффициент вытяжки по формуле:
0,05-0,9^+^
т1 = е ср 2гм+^
где сгв - предел прочности; 8ср - интенсивные напряжения, определяемые по кривым упрочнениям; гм - радиус матрицы; т1 = 1/К.
Здесь также нет привязки предельного коэффициента вытяжки к группе штампуемости.
В работе [5] приведены таблицы с наименьшими коэффициентами вытяжки ш.1 дляцилиндрических деталей для материалов толщиной 0,6...0,8 мм, которые при испытании по Эриксену характеризуются глубиной сферической лунки И = 10... 11 мм. При других толщинах и значениях И следует принимать предельные коэффициенты вытяжки с поправочными коэффициентами. Однако по ГОСТ 9045-93 для данных толщин проката минимальная глубина сферической лунки должна быть не менее величины, приведенной в табл. 1.
Таблица 1
Глубина сферической лунки в зависимости от толщины и группы штампуемости
Толщина проката Глубина сферической лунки, не менее, для проката способности вытяжки
ВОСВ осв СВ ВГ
0,6 10,0 9,8 9,6 9,4
0,7 10,4 10,2 10,0 9,7
0,8 10,7 10,6 10,4 10,0
Поэтому, совершенно не понятно к какой группе штампуемости относятся представленные в работе предельные коэффициенты вытяжки.
В работе поставлена задача попытаться найти зависимость предельного коэффициента вытяжки от группы штампуемости, определяемой испытаниями по Эриксену.
Для теоретического анализа поставленной задачи используем программу AutoForm AplusR5.1.
Для определенности возьмем стали 08, DC03, DC04, DC05.
Построена математическая модель вытяжки цилиндрического стаканчика диаметром d = 39мм. Отношение радиуса пуансона Rn и Ru к толщине металла принято R/s = 2.5. Толщина штампуемого металла ,v = 1 мм. Коэффициент вытяжки изменяли, варьируя величину диаметра заготовки D. Шаг изменения диаметра заготовки при моделировании принимали равным 1 мм. Таким образом при изменении диаметра заготовки от 76 до 82 мм получали коэффициент вытяжки 1.94, 1.97, 2, 2.03, 2.03, 2.05, 2.1.
Принимали, что заготовка может разрушиться, если более 5% точек попали в зону «опасности возникновения разрывов».Полученный коэффициент вытяжки отбрасывали и принимали за предельный коэффициент вытяжки меньшую величину К.
Более подробно процесс моделирования вытяжки описан в работе
[3].
Типовая FLD (Forming Limit Diagram) диаграмма для операции «вытяжка» представлена на рис. l.Ha FLD диаграмме видно, что разрушение происходит в зоне, близкой к линейному растяжению, когда £j
где £¡,£2 ~ главные логарифмические деформации в плоскости листа.
Следует отметить, что в начале процесса вытяжки под пуансоном реализуется схема двухосного растяжения и, если выполнить отверстие в заготовке, может начаться операция отбортовки. Этот эффект можно использовать, если в донышке цилиндрического стаканчика есть отверстие. Тогда возможна пробивка отверстия в заготовкеи за счет этого уменьшение напряжений в опасном сечении.
Последующие деформирование ведет к появлению деформаций, когда £j = s3, a s2 = 0. Существенный рост деформаций в этой зоне происходит при значениях R/s<5. Поэтому при R/s<5 необходимо учитывать не только рост моментов, но и существенное уменьшение штампуемости металла.
В настоящее время оценка штампуемости листового материала осуществляется по ГОСТ 10510-80 «Метод испытания на выдавливание листов и лент по Эриксену». Эти испытания также были смоделированы на AutoFormAplusR5.1. для сталей перечисленных выше.
Типовая FLD диаграммы для операции «формовка» представлена на
рис. 2.
На FLD диаграмме видно, что разрушение происходит в зоне, близкой к двухосному растяжению, когда £j = £2. Следует отметить, что в начале процесса деформирования часть заготовки находиться в зоне действия сжимающего напряжения и это может привести к появлению складок. Видео запись испытания по Эриксену выявила появление складок на сферической поверхности заготовки (рис.3).
264
1 -0,8 -0,6 -0.4 -0,2 и 0:2 -0.4 Minor True Strain
Percentage Area 0,00 % 29,82 %: 0,95 % O.OO %
Рис. 1. Типовая ¥ЬВ диаграмма для операции «вытяжка»
0,2- 0 . Щ №3 -А*
.Minor True-Strain
Pocentage Area ^ J Щ 0.00% 0.00% 11.80%
Рис. 2. Типовая ¥ЬВ диаграмма для операции «формовка»
Рис. 3. Испытание металла по Эриксену
Необходимо отметить, что изменение сжимающих напряжений на растягивающие, как отмечено в большом количестве работ, например [6], приводит к увеличению штампуемости металла.
Результаты расчетов сведены в табл. 2.
Для наглядности были построены графики зависимости предельного коэффициента вытяжки от марки стали (рис. 4) и график зависимости глубины лунки при испытании по Эриксену от марки стали (рис.5). Как видно из рисунков характер графиков имеет принципиальное отличие.
Таблица 2
Результаты расчета предельного коэффициента вытяжки и глубины лунки для сталей БСОЗ, БС04, БС05 и 08
№ испытания Материал Предельный коэффициент вытяжки т Максимальная глубина лунки, мм
1 БС03 2,17 8,9
2 БС04 2,07 11,2
3 БС05 2,12 12,0
4 Сталь 08кп 1,91 8,8
К
А
2,2 -2,15 -2,1 -2,05 -2,0 1,95 -
1,9 ЭСОЗ ОС04 ОСОБ Сталь08
Рис. 4. Зависимости предельного коэффициента вытяжки
от марки стали
Н,мм
12,0 11,5 11,0 10,5 9,5 9,0 8,5
Рис. 5. Зависимость глубины лунки при испытании по Эриксену
от марки стали
266
Например сталь БС04 имеет лучшую штампуемость по Эриксену, чем сталь БС03, а предельный коэффициент вытяжки меньше.
На рис.6 приведены кривые предельных деформаций для сталей БС03, БС04, БС05 и стали 08. Из рисунка видно, что предельные кривые не просто поднимаются или опускаются, они еще и «поворачиваются».
Рис. 6. ¥ЬВ диаграммы для сталей ВС03, БС04, ВС05, 08
Учитывая то, что деформации при вытяжке находятся в левой части БЬБ диаграммы, а при формовке - в правой, мы получаем, что сталь, которая показывает лучшие характеристики при испытании по Эриксену, может быть менее пригодна к вытяжке и может иметь меньший предельный коэффициент вытяжки К.
Список литературы
1. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Л.: Машиностроение, 1979. 520 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. Демин В. А., Рыжкова А. А. Влияние формы заготовки на коэффициент вытяжки цилиндрических деталей. Заготовительные производства в машиностроении. 2016. №11. С. 30-34.
4. Холодная штамповка: Справочник / Л.Л. Григорьев, К.М. Иванов, Э.Е. Юргенсон; под ред. Л.Л. Григорьева. СПб.: Политехника, 2009. 665 с.
5. Справочник конструктора штампов: Листовая штамповка / под общ. ред. Л.И. Рудмана. М.: Машиностроение, 1988. 496 с.
267
6. Демин В.А. Проектирование процессов толстолистовой штамповки на основе прогнозирования технологических отказов. М: Машиностроение, 2002. 186 с.
Демин Виктор Алексеевич, д-р техн. наук, проф., va deminahk.ru, Россия, Москва, Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
STUDY OF THE CONNECTION BETWEEN THE LIMITING DRA WING COEFFICIENT AND THE GROUP STAMPED STEEL FOR COLD FORMING
V.A. Demin
The relationship between the group stamped of steel for cold forming, determined hy testing the Eriksen sheet material, and the limiting drawing coefficient is considered. Using the AutoForm^plus R5.1 software. Modeling drawing of the cap and molding was carried out.
Key words: drawing, forming, testing of sheet metal.
Demin Viktor Alekseevich, doctor of technical sciences, professor, va deminahk. ru, Russia, Moscow, Bauman State Technical University of Moscow
УДК 621.96
КОНСТРУКТОРСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ ПОПАДАНИЯ ОТХОДОВ НА РАБОЧИЕ ПОВЕРХНОСТИ ШТАМПА ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЙ ХОЛОДНОЙ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ
А.Н. Малышев, С.А. Бысов
В статье выполнен обзор наиболее распространенных конструкторских решений по предотвращению попадания отходов на рабочие поверхности штампа при выполнении разделительных операций холодной листовой штамповки. Представлены унифицированные конструкции матриц, пуансонов и универсального узла типа «базука» с описанием основных их характеристик и направлений их эффективного применения.
Ключевые слова: штамповка, выскакивание отходов.
В связи с интенсивным развитием автомобильной промышленности в мире, а так же в связи счастыми изменениямивнутреннего и внешнего дизайна автомобилей, вызванными постоянно меняющимися потребностями рынка,а так же высокими требованиями к безопасности и надежности автомобиля, штамповочное производство становится все более гибким и наукоемким, используя передовые достижения науки и техники, новейшее прессовое оборудование и материалы, новые схемы и технологии штамповки, средства и системы автоматизации, роботов, включая прогрессивные логистические решения.
