Оценка силовых режимов штамповки заготовок кумулятивных облицовок малого калибра Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.983; 539.374

ОЦЕНКА СИЛОВЫХ РЕЖИМОВ ШТАМПОВКИ ЗАГОТОВОК КУМУЛЯТИВНЫХ ОБЛИЦОВОК МАЛОГО КАЛИБРА

В. Д. Кухарь, А.Е. Киреева, О.Н. Митин

В статье проведен анализ влияния исходной температуры заготовки и инструмента, а также условий трения на силовые параметры штамповки кумулятивных облицовок малого калибра.

Ключевые слова: кумулятивная облицовка, штамповка, деформирование, обработка металлов давлением, сила процесса, многофакторный эксперимент.

В работе [3] проведено исследование напряженно-деформированного состояния, возникающего в объеме материала при холодной штамповке заготовки (рис.1).

Рис. 1. Геометрические размеры полуфабриката

Ниже приведены результаты по оценке влияния исходной температуры заготовки и инструмента, а также условий трения на силовые параметры процесса получения данного полуфабриката.

С этой целью рационально использовать аппарат математической статистики и теории планирования многофакторного эксперимента применительно к результатам проведенных численных исследований.

Численное моделирование процесса штамповки проводили с использованием программного комплекса QForm 2ЖЮ[2] .

При этом механические свойства материала заготовки М1 в процессе нагружения описывались кривыми упрочнения приведенными на рис.2.

При проведении численных экспериментов в качестве варьируемых входных факторов были приняты: температура заготовки Т2, температура

инструмента Т и коэффициент трения т.

а, МП а 400 350 300 250

200 150 100 50 О

О 0.2 0.4 0.6 0.8

Рис. 2. Кривые упрочнения для меди М1 при е = 1с

1 - при г = 200 С; 2 - при г = 2000С; 3 - при г = 4000 С; 4 - при г = 600° С; 5 - при г = 7500С; 6 - при г = 800°С; 7 - при г = 8500 С; 8 - при г = 9000С

В качестве выходного параметра (функции отклика) была принята максимальная сила процесса деформирования Р.

Для описания вышеперечисленных зависимостей использовалась полиномиальная модель второго порядка:

у = Ь0 + Ъ^! + Ь2Х2 + ЬзХз + ^2X^2 +

1 /

2 /

4

5

^ V

Б -1 .

+ Ь2зХ2Хз + Ъ^х^з + Ъ1Х2 + Ь22Х2 + ЬззХ2,

(1)

где у - значение выходного параметра (функции отклика); Ь0, Ь;, Ьц, Ьij - коэффициенты регрессии; Х;, Xj - кодированные значения входных факторов.

В табл. 1 приведены уровни и интервалы варьирования основных факторов.

Матрица планирования эксперимента, где -1, 0, +1 обозначены кодированные уровни рассматриваемых факторов, представлена в табл. 1.

Обозначим х1 , Х2, Хз кодовые значения факторов, которые связаны с действительными значениями следующими соотношениями:

Т - 400 Т7 - 400 т -0.з

Х1 = —-, Х2 = —-, Хз = --.

1 400 2 400 з 0.2

(2)

Необходимые расчеты по определению коэффициентов регрессии согласно табл. 2 были выполнены по программе Я_з_10.еХе, разработанной на кафедре МПФ ТулГУ.

Таблица 1

Уровни факторов и интервалы их варьирования_

Наименование фактора Натуральное значение фактора

Т Т т

Основной уровень 400 400 0.3

Интервал варьирования 400 400 0.2

Нижний уровень 0 0 0.1

Верхний уровень 800 800 0.5

Таблица 2

Матрица планирования эксперимента

№ опыта Xl

1 -1 -1

2 0 -1

3 1 -1

4 0

5 0

6 1 0

7 1

8 1

9 1 1

10 0

11 0

12 0 1

13 0 0

14 0 0

15 0 1 0

16 0 1

17 0 1

18 0 1 1

19 1

20 1

21 1 1

22 1 0

23 1 0

24 1 1 0

25 1 1

26 1 1

27 1 1 1

Дисперсия воспроизводимости (опыта) принималась 5%-ным отклонением по взятым наугад строчкам плана. После обработки результатов были получены уравнения регрессии.

25

Значимость коэффициентов в полученной математической модели проверялась по ^критерию Стьюдента при уровне значимости 5% [1].

С учетом рассчитанных коэффициентов уравнение регрессии для выходного параметра, характеризующего усилие процесса деформирования, примет вид:

у = 0.805 - 0^ - 0.306x2 + 0.261x3 - 0.0^^ - 0.067x^3 - 0.1x^3 +

+ 0.024x2 - 0.004x2 -0.032x2.

С помощью полученного уравнения регрессии были построены поверхности отклика и их сечения, отражающие зависимость силы процесса деформирования заготовки от температурных условий реализации процесса (рис. 3 - 5).

Анализ результатов показал, что увеличение коэффициента трения /нот 0,1 до 0,5 приводит к возрастанию величины силы процесса деформирования заготовки в 1,9 раза во всем диапазоне рассматриваемых температур.

Следует отметить, что предварительный нагрев заготовки оказывает одинаковое влияние на снижение усилия процесса, как и предварительный нагрев инструмента. Так, при малых коэффициентах трения нагрев заготовки с 20 до 800"С при постоянной температуре инструмента 20"С приводит к тому, что сила процесса изменяется с 0,9 до 0,5 МН, такая же картина наблюдается при нагреве только инструмента.

Наибольшие падение силы процесса происходит при одновременном нагреве заготовки и инструмента. Так, при значении коэффициента трения / = 0,1 одновременный нагрев заготовки и инструмента до 800 "С приводит к снижению усилия в 4,5 раза (с 0,9 МН до 0,2 МН), а при значении коэффициента трения / = 0,5 усилие процесса уменьшится в 4 раза (с 1,6 МН до 0,4 МН).

т± 800 О Тг Т1

Рис. 3. Зависимость силы процесса штамповки заготовки от температурных условий деформирования при коэффициенте

трения / = 0.1

26

Рис. 4. Зависимость силы процесса штамповки заготовки от температурных условий деформирования при коэффициенте трения т = 0.з

800 О Т2. о 200 400 600 800

Рис. 5. Зависимость силы процесса штамповки заготовки от температурных условий деформирования при коэффициенте трения т = 0.5

Работа выполнена в рамках гранта РФФИ 16-48-710824 и гранта правительства Тульской области ДС/69 от 9.08.2017.

Список литературы

1. Арсов Я. Б., Новик Ф. С. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов. М.: Машиностроение. 1980. з04с.

2. Биба Н.В., Стебунов С.А. <^Богт 5.0 - программный инструмент для повышения эффективности производства в обработке металлов давлением». 2008.

3. Киреева А.Е., Кухарь В. Д., Митин О.Н. Исследование процесса выдавливания полуфабриката кумулятивных облицовок из мерных прутковых заготовок // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. Вып. 11. Ч.1. С. 292 - 298.

27

Кухарь Владимир Денисович, д-р.техн. наук, проф., зав. кафедрой, Vladimir.D.Kuchar@,tsu. tula. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Киреева Алена Евгеньевна, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Митин Олег Николаевич, канд. техн. наук, докторант, mpf-tiilaaramhler. ru, Россия, Тула, ОАО «НПО «СПЛАВ»

EVAL UA TION OF FORCE PARAMETERS STAMPING BLANKS SHAPED-CHARGE LINERS OF SMALL CALIBRE

V.D. Kukhar, A.E. Kireeva, O. N. Mitin

In the article the analysis of influence of initial temperature of the workpiece and tool, as well as friction conditions on force parameters of forming shaped-charge liners of small caliber.

Key words: cumulative cladding, stamping, deformation, metal forming, power process, multiple-factor experiment.

Kukhar Vladimir Denisovich, doctor of technical science, professor, head of the department, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,

Kireeva Alena Evgenevna, candidate of technical science, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,

Mitin Oleg Nikolayevich, candidate of technical sciences, doctoral, mpf-tula@,ramhler.ru, Russia, Tula, OPC "SPA "SPLAV"