close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Исследование возможностей процесса формовки в устройстве с применением разжимных секторов..pdf

код для вставкиСкачать
Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 14, №6, 2012
УДК 621.4
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРОЦЕССА ФОРМОВКИ
В УСТРОЙСТВЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ РАЗЖИМНЫХ СЕКТОРОВ
© 2012 Е.Г. Демьяненко
Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва
(национальный исследовательский университет)
Поступила в редакцию 14.11.2012
Предложено устройство для получения качественной тонкостенной осесимметричной детали усе
ченной сужающейся формы без огранки за один ход пресса. Оно реализует способ формовки из
сварной конической заготовки.Ключевые слова: способ, формовка, устройство, тонкостенная, элас
тичный элемент, толщина, деформация.
Применение в изделиях аэрокосмической тех
ники тонкостенных осесимметричных оболочек
усеченной сужающейся формы ограничено воз
можностью известных способов листовой штам
повки. Например, относящийся к инструмен
тальному, способ изготовления заключается в
отбортовке сварной конической заготовки путем
удерживания ее за фланец со стороны большого
открытого торца. Технологические возможности
операции определяются предельным значением
коэффициента отбортовки, а возникающее пру
жинение кромки большого торца требует значи
тельных дополнительных трудозатрат: термо
фиксации [1]. Детали, подвергаются механичес
кой обработке, имеют весьма значительный
припуск по толщине, в связи, с чем возникает не
обходимость использования заготовки из листа
завышенной толщины, что сопровождается пере
расходом металла. Один из наиболее перспектив
ных способов получения тонкостенных осесим
метричных изделий из сварной листовой заготов
ки основан на процессах отбортовкиформовки
[2]. С его помощью появляется возможность по
лучения равномерной толщины изделия за счет
уменьшения припуска на механическую обработ
ку. Специальные способы, с применением элас
тичной среды, также используют для штамповки
выпуклых деталей. Однако, сжимающие напря
жения в меридиональном направлении   , дей
ствующие вдоль образующей заготовки, при до
стижении некоторых критических значений при
водят к потере устойчивости стенки заготовки и
возникновению поперечных складок. Такие
складки или гофры являются неисправимым бра
ком. Возможным способом предотвращения по
тери устойчивости является локализация дей
ствующих сил, т.е. оптимизация воздействия ин
струмента на заготовку за счет конструкции
Демьяненко Елена Геннадьевна, кандидат технических
наук, доцент кафедры обработки металлов давлением.
E#mail: e#dem@mail.ru
эластичного инструмента [3]. Однако не исклю
чена для тонких заготовок потеря устойчивости
свободной части, так как она деформируется в ус
ловиях напряженнодеформируемой схемы близ
кой к процессу вытяжки, с характерными сжима
ющими тангенциальными напряжениями. Суще
ст вую щая технология с исп ользовани ем
деформирования разжимными секционными пу
ансонами [4, 5, 6, 7] допускает у деталей после
штамповки по окружности в тангенциальном
(широтном) направлении огранку (изза кото
рой геометрические формы детали не соответ
ствуют разработанным требованиям, ухудшая
эксплуатационные характеристики изделия).
Кроме того, к недостаткам способа следует отнес
ти неравномерность распределения толщины де
тали в обоих направлениях, которая в отдельных
случаях достигает 1520%. Наибольшие деформа
ции заготовка получает на выпуклых участках.
Эта разница по образующей представляет доволь
но значительную величину. Поэтому в отдельных
случаях формообразование сложных деталей за
один переход не может быть проведено.
Получение качественной тонкостенной осе
симметричной детали усеченной сужающейся
формы без огранки за один ход пресса достигает
ся за счет устройства (см. рис. 1), которое состо
ит из пуансона 1, жестко соединенного с матри
цей 2, эластичного элемента 3 в виде конической
оболочки, раздвижных секторов 4, конуса с на
правляющими пазами 5, опорного кольца 6, шпи
лек 7, установленных в плиту пресса 8. Устрой
ство работает следующим образом. Опорное
кольцо 6 поднято вверх. Пуансон с матрицей от
ведены кверху на высоту, обеспечивающую уста
новку заготовки 10. Раздвижные секторы 4 под
няты вверх вместе с эластичным элементом 3. В
этом положении устанавливают конусную заго
товку сверху на эластичный элемент. Далее опус
кается пуансон с матрицей до упора на опорное
кольцо 6. При этом рабочие поверхности в эле
182
Механика и машиностроение
зажима эластичного элемента необходимо, чтобы
его высота была больше высоты рабочей поверх
ности, но не превышала общую высоту матрицы,
иначе эластичный элемент может попасть в зазор
между матрицей 2 и секторами 4. Это устраняет
сжимающие силы трения на внутренней поверх
ности заготовки. Эластичный элемент, деформи
руясь, увеличивает диаметр и уменьшает толщи
ну, то есть соответствует условию плоского дефор
мированного состояния, когда деформация по
толщине  S равна по величине и противополож
на по знаку деформации увеличения диаметра эла
стичного элемента   . Приближенно можно за
писать, считая выполнения условия постоянства
объема для эластичного элемента:
 S   
или
 ср  r
r
Рис. 1. Устройство для формообразования
тонкостенных осесимметричных деталей
усеченной сужающейся формы
ментах наибольшего и наименьшего диаметров
касается эластичного элемента. Рабочая поверх
ность матрицы hм по высоте меньше высоты за
готовки hЗ , а высота эластичного элемента hЭ
равна высоте матрицы h . При движении пуан
сона вниз вместе с ним опускается и матрица 2,
преодолевая сопротивление опорного кольца 6,
раздвижных секторов 4 и эластичного элемента
3 вместе с заготовкой 10. Секторы, опускаясь вниз
по конусу 5, увеличиваются в диаметре. При этом
увеличиваются в диаметре и эластичный элемент,
который начинает деформировать давлением из
нутри заготовку, плотно прижимая ее к рабочей
поверхности матрицы. Полученную деталь 9 уда
ляют, подняв сначала пуансон с матрицей, а за
тем опорное кольцо 6.
Чтобы избежать при увеличении диаметра
эластичного элемента его уменьшения высоты и
возникновения на поверхности контакта с заго
товкой сжимающих сил трения, которые могут
привести к потере устойчивости тонкостенной за
готовки, эластичный элемент в районах наиболь
шего и наименьшего диаметров матрицы зажима
ется (в начальный момент) между матрицей и сек
торами. Для надежного обеспечения условия

S  S0
,
S0
(1)
где  ср , r – соответственно радиусы по средней
поверхности средние по очагу эластичного эле
мента до и после деформации;
S 0 , S – соответственно толщины эластичных
элементов средние по очагу до и после деформации.
Несмотря на уменьшение толщины эластич
ного элемента, прирост объема V  его за счет
увеличения диаметра должен компенсировать
разницу между внутренним объемом, ограничен
ным рабочей поверхностью матрицы и объемом,
ограниченным наружной поверхностью эластич
ного элемента в исходном состоянии  V .
V    V
или


2
ср
 r2
cos 

2
h м = V ,
(2)
где h м – высота рабочей поверхности матрицы;
 – угол конусности конуса.
Выразим r из (1) и, подставив его в (2) после
преобразований получим:
183
2


S 
 2 
  1 .(3)
 ср
S0 


Приняв во внимание, что    д  0,5S имеем:

S  V cos 

  2 
S 0    h м








S
V cos


S  2 д   2  
. (4)
2

S0 




S

  hм  2   1 

 S0 
 


Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 14, №6, 2012
Исходную толщину эластичного элемента най
дем, поставив ограничения по степени деформации:
S
S
 k  0,9  0,75 или S 0  ,
S0
k
(5)

где


V cos 

S  2  д  2  k 
2

 , (6)






h
k
2
1
м




Т 
0
0
2
– средний радиус детали.
Заготовка, как и эластичный элемент, зажата
неподвижно на кромках наибольшего и наимень
шего диаметров. При таком условии на кромках
тангенциальная деформация равна нулю, а соот
ношение напряжений   /    0,5 (из условия
связи напряжений и деформаций). Примем это со
отношение для всех элементов очага деформации.
Будем считать, что трение является уравно
вешивающимся. Запишем известное уравнение
равновесия:
d 
d
  
  f      


 0 , (7)
R  
sin   R 
где   – напряжения в меридиональном направ
лении;
  – напряжения в тангенциальном направ
лении;
f – коэффициент трения между заготовкой
и матрицей;
R – радиус детали в меридиональном на
правлении;
R – радиус детали в тангенциальном на
правлении;
 – текущая координата элемента очага де
формации.
Используя соотношения   /    0,5 и ус
ловие пластичности     S имеем:
d 
  f
1
S 
2
sin 
1
1 

 0 . (8)


R
d
R
2




Упрочнение учтём линейной функцией:


 S   Т  Пei 
0
,
(9)
где  Т 0 , П – константы упрочнения линейной
зависимости;
 – коэффициент Лоде.
При формовке, когда eS  e   e , можно
считать ei  e S по абсолютной величине, тогда:
    S    Т
0

d 
de
  S . (10)
 ПeS ,
d
d
 1
l
 ( Т  е S ) 
K 
2
d
 2
0
0
K
;
П
f
; l  fctg ;
R  sin 

Rб
; R 
R
.
Rб
Уравнение (11) имеет неизвестную деформа
цию по толщине от независимой переменной  .
Решение ищем в виде:
 1  
  .
eS  с sin 
1  0 
(12)
На кромках при формовке деформацию
eS принимаем равной нулю, т.е. при граничных
условиях:  

1; 0 
Rб
0
Rб
; уравнение (12)
примет вид eS = 0.
Функция (13) имеет экстремум. Его опреде
лим из условия
dе S
d
=0 и получим:
с 
 0 1
2
.
(13)
Используя метод ортогонализации [8] найдем
постоянную с , подставив (12) в уравнение (11):


О
с

1  2
 Т 
 K 1  0


2

с


2
 1  2


 K 1  0 1
 2

с





.
(14)
Проанализируем характер утонения при
прочих равных условиях (геометрические пара
метры, см. рис. 4).
Анализ построенных графиков показывает,
что при уменьшении отношения
Т 
0
Т
0
П
уменьшается и утонение, на которое не сильно
влияет радиус детали в меридиональном направ
лении R .
Толщину детали вычислим по формуле:
S дет  S заг 1  еS  .
(15)
Используя формулу Лапласа, найдем давле
ние, создаваемое эластичным элементом:
Подставим (10) в (8), получим:
dе S
Т
 const ;  
д
где

гд е

  0 , (11)


184




1
1



q    Sзаг1 еS  T  ПeS
0  .(16)
 R
R  a / cos 


2

0

Механика и машиностроение
Рис. 2. Распределение деформаций по толщине вдоль образующей при f  0,1 ;
  60 0 ; R   81,5 мм ; Rб  81,5 мм ; R м  40 мм
Рис. 3. Распределение деформаций по толщине вдоль образующей при f  0,1 ;
  34,7 0 ; R   233,5 мм ; Rб  81,5 мм ; R м  40 мм
Выражение (16) имеет экстремум от дефор
мации по толщине. Считая  
0
2
постоянным,
определим деформацию, при которой давление
максимально:
eSmax 
Рис. 4. Схема для определения геометрических
соотношений и эпюра деформации по толщине:
R радиус детали в меридиональном направле
нии;  0 угол, образованный радиусом R , прове
денным к кромке детали меньшего основания и
осью, проведенной из центра радиуса R и перпен
дикулярной оси симметрии детали;  угол, обра
зованный радиусом R , проведенным к рассмат
риваемому элементу) и осью, проведенной из цент
ра радиуса R  и перпендикулярной оси симметрии
детали; Rб радиус большего основания детали;
R м радиус меньшего основания детали; R ра
диус детали в тангенциальном направлении; а рас
стояние от центра радиуса R до оси симметрии;
q давление;  угол между результирующей си
лой, приложенной в центре очага деформации и
осью симметрии
1   Т0
2
.
(17)
Последнее выражение не должно превышать
равномерное удлинение –  р (показатель плас
тических свойств материала).
Подставив (17) в (16) найдем максимально
возможное давление эластичной среды на заго
товку. Считаем: давление действует равномерно
по всей площади заготовки; поверхность накло
на конуса перпендикулярна результирующему
усилию от давления. Найдем усилие:
Pф  qFf1 sin  ,
(18)
где f1 – коэффициент трения сектора по конусу,,
 – угол конусности конуса;
F – площадь поверхности очага деформации,
равная:
185


F  2R  R  sin  0  a   0 ;  
Общее усилие составляет:
0
2
. (19)
P  Pф  Pэл .эл .  Pб ,
(20)
Pэл.эл.   D 2  d 2 q ,
(21)


Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 14, №6, 2012
где Pб – усилие необходимое для преодоления
буферного устройства.
4.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
5.
1.
2.
3.
Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки: М.:
Машиностроение, 1977. 278 с.
А.с. 1748905 СССР, МКИ5B21D22/30. Способ штам
повки тонкостенных осесимметричных изделий
[Текст]/И.П. Попов, В.Д. Маслов, А.Н. Карпухин
(СССР). № 4760202; заявл. 23.11.89; опубл. 23.07.92,
Бюл. № 27.
А.с. 755378 СССР, МКИ4B21D22/10. Способ штам
повки эластичной средой [Текст]/В.К. Моисеев, В.Ф.
Щеголеватых, А.Д. Комаров, Т.П. Голиусов, В.Е. Галь#
перин (СССР). Опубл. 1980, Бюл. №30.
6.
7.
8.
Аверкиев А.Ю. Деформации и напряжения при раз
даче полых оболочек секционным и разжимными
пуансонами // Вестник машиностроения. 1996. №2.
С. 3337.
Алюшин Ю.А. Формоизменение полых оболочек сек
ционным разжимным инструментом. М.: Машино
ведение. 1987. №1. С. 98104.
Мельников Э.Л. Секционный штамп для формообра
зования полых изделий из листовых материалов //
Заготовительные производства в машиностроении.
2005. №7. С. 2425.
Попов И.П., Демьяненко Е.Г. Штамп для изготовле
ния тонкостенных сварных оболочек // Заготови
тельные производства в машиностроении. 2006. №
12. С. 2527.
Калиткин Н.Н. Численные методы. М.: Наука, 1978.
512 с.
FEASIBILITY STUDY OF THE FORMING PROCESS
IN THE DEVICE WITH THE USE OF EXPANDING SECTORS
© 2012 E.G. Demyanenko
Samara State Aerospace University named after Academician S.P. Korolyov
(National Research University)
It is suggested the device for forming of highquality thinwalled axisymmetric parts
with truncated tapered shape without faceting per one stroke of press. It provides the method of forming
a conical welded blank.
Keywords: Method, forming, device, thinwalled, rubber pad, thickness, deformation.
Elena Demyanenko, Candidate of Technics, Associate Professor
at the Metal Forming Department. E#mail: e#dem@mail.ru
186
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
4
Размер файла
662 Кб
Теги
возможности, секторов, процесс, pdf, применению, формовки, исследование, устройства, разжимных
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа