Комбинированное обратное выдавливание стаканов вращающимся рельефным пуансоном

Холодная объемная штамповка (ХОШ) — это один из прогрессивных способов обработки металлов давлением.

Технология холодного выдавливания позволяет быстро и экономично изготовлять детали, обладающие высокими механическими свойствами и высокой точностьк? размеров, причем последующая механическая обработка резанием либо не нужна, либо может быть сведена к минимуму, что приводит не только к экономии металла,'но и к снижению трудоемкости.

Коэффициент использования металла 0,4−0,5 при обработке резанием, при холодной объемной штамповке — 0,6−0,8 [18]. В настоящее время в автомобильном и тракторном производствах, отличающихся наиболее отработанной технологией выдавливания, коэффициент использовайия металла (КИМ) равен, 0,5−0,6, а коэффициент выхода годного металла (КВГ) — 0,75−0,80 и может быть доведен до 0,95 [19 .

Повышение Эффективности технологических процессов ОМД представляет собой многофанную проблему, решение которой должно включать рассмотрение многих научно-технических и конструкторско-технологических аспектов производства. Основные пути развития технологий ОМД — это разработка новых и совершенствование существующих технологических процессов обработки давлением на базе новейших достижений науки, и техники. Среди них важное место занимают процессы холодной объемной штамповки (ХОШ), включая комбинированное обратное выдавливание полых деталей (КОВ) при осесимметричном нагружении. Эти процессы обеспечивают высокую точность получаемых деталей, хорошее качество их поверхности, возможность механизации и автоматизации процесса в целом. При комбинированном нагружении, например при осадке, отмечается значительное снижение осевой силы. В этом отношении для процесса КОВ актуальным является поиск пзтей снижения технологически потребных деформирующих сил и определение оптимальных кинематических параметров процесса деформирования.

В настоящее время для производства разнообразных полых деталей широко используется обратное выдавливание (ОВ), обладающее сравнительно низкой производительностью из-за низкой стойкости штампового инструмента и требующее применения дорогостоящего оборудования.

Одним из наиболее перспективных, но еще недостаточно изученных, является способ комбинированного обратного выдавливания (КОВ) полых деталей вращающимся инструментом. Он отличается относительно малой трудоемкостью изготовления штамповой оснастки и сравнительно высокой производительностью при пониженных энергосиловых затратах. Благодаря изменению кинематики контактного трения при выдавливании по схеме КОВ, создается положительный эффект, связанный с уменьшением деформирующей силы, а, следовательно, и с повышением стойкости штампового инструмента.

В настоящей работе исследованы следующие вопросы комбинированного обратного выдавливания стаканов: силовые и энергетические затраты при выдавливании стаканов по схемам ОВ и КОВанализ интенсивности напряжений на пуансоне при выдавливании стаканов по схеме КОВ на основе энергетического критерия Губера — Мизеса — Генкивлияние макрорельефа торцевой поверхности пуансона и дна матрицы-выталкивателя на энергосиловые затратыоценка коэффициента внешнего трения при выдавливании стаканов из разных материалов и характера его измененияустановление оптимального соотношения между угловой скоростью вращения инструмента (оз) и осевой скоростью деформированияустановление закономерностей изменения основных параметров сдвиговой деформации.

Цель р ((боты: исследование особенностей и закономерностей комбинированного обратного выдавливания стаканов вращающимся рельефным пуансоном, а также разработка экономически целесообразного технологического процесса штамповки оресимметричной детали по схеме КОВ взамен традиционного техпроцесса на основе схемы ОВ.

Общая характеристика работы.

Во введении обоснована актуальность темы, дана общая характеристика работы, сформулирована цель работы.

В первой главе рассмоарено современное состояние вопроса в области обработки материалов давлением в процессах с технологически активным трением в различных отраслях промышленности. Рассмотрены перспективные направления развития обработки металлов давлением. При этом рассмотрены процессы выдавливания полых деталей и связанные с ними вопросы оценки предельной деформации, напряженно-деформированного состояния материала заготовки. Приведена оценка энергосиловых параметров, внешнего трения, влияния на него смазки, проанализирована кинематика деформируемого тела. На основе критического анализа литературных источников сформулированы задачи для достимсения цели настояш>ей работы.

Во второй главе проведен анализ существующих методику, а также предложены новые методики, предназначенные для исследования процесса комбинированного обратного выдавливания полых деталей. Проведен анализ существующих методик для определенияпредельной деформациисхем на-гружения штамповконтактных напряженийкоэффициента внешнего тренияинтенсивности напряжений и деформации в очаге деформацииосновных параметров сдвиговой деформации. Разработана усовершенствованная методика для анализа пластического формоизменения заготовки при выдавливании на основе метода визиопластичности. '.

Проведен также анализ аналитических зависимостей, предложенных различными авторами для определения давления при выдавливании полых деталей по традиционной' схеме деформирования ОВ, с целью получения скорректированной формулы для приближенного расчета давления при выдавливании полых деталей по схеме КОВ.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований процесса комбинированного обратного выдавливания стаканов по схемам ОВ и КОВ: анализ зависимости предельной деформации от показателя напряженного состояниясиловых и энергетических затратвлияния макрорельефа деформирующего инструмента на интенсивность напряжений на пуансоневлияния степени деформации на интенсивность напряженийконтактных напряженийвыбора метода определения давленияоценки параметров сдвиговой деформации. Выполнен расчет нового технологического процесса штамповки детали «толкатель дизельного двигателя».

Четвертая глава посвящена обсуждению результатов исследования процесса комбинированного обратного выдавливания стаканов вращающимся пуансоном. В результате анализа экспериментальных данных предложены аппроксимирующие функций графических зависимостей для определения интенсивности напряжений по высоте стакана и в очаге деформации. Выявлены закономерности изменения основных параметров сдвиговой деформации. Показана экономическая целесообразность штамповки детали «толкатель дизельного двигателя» по схеме КОВ вместо схемы ОВ. Сделаны обобщающие выводы.

В пятой главе, посвященной расчету технико-экоРЕОмических показателей штамповки детали <<толкатель дизельного двигателя", рассмотрены два варианта технологического процесса по схемам ОВ и КОВ. Приведен расчет ожидаемого годового экономического эффекта от внедрения новой техноло-гни штамповки рассматриваемой детали взамен старой — традиционной. я/ч"ал нов"зня работы состоит в следующем:

— разработана нойая принципиальная технологическая схема комбинированного обратного выдавливания полых деталей с использованием активных сил терния, защищенная авторским свидетельством и патентом;

— оптимизирован макрорельеф торцевой поверхности пуансона и дна матрицы-выталкивателя с учетрм схемы нагружения, контактных напряжений и силовых параметров;

— выполнен анализ интенсивности напряжений на пуансоне а, при выдавливании стаканов по схемам КОВ и ОВ на основе энергетического критерия Губера — Мизеса — Генки применительно к осесимметричному напряженному состоянию-'.

— выявлены закономерности изменения основных параметров сдвиговой деформации при выдавливании стаканов по схеме КОВ.

Автор защищает:

— принципиальную технологическую схему комбинированного обратного выдавливания полых деталей с использованием активных сил трения;

— штампы для выдавливания полых деталей, новизна которых защише-на авторским свидетельством и патентом;

— выбор оптимальной геометрии (макрорельефа) торцевой поверхности пуансона и дна матрицы-выталкивателя с учетом схемы нагружения, контактных напряжений и силовых параметров;

— аналитические зависимости для расчета нормальных и касательных напряжений, а также давления на инструмент при выдавливании стаканов;

-'результаты оценки коэффициента трения при обратном комбинированном выдавливании вращающимся рельефным пуансоном стаканов из свинца, меди и алюминия;

— методику оценки основных параметров сдвиговой деформации (относительный сдвиг, степень угловой деформации, интенсивность скорости деформации) при выдавливании стаканов по схеме КОВ;

— типовой технологический процесс изготовления детали «толкатель дизельного двигателя» посредством комбинированного обратного выдавливания. ;

Настоящая работа выполнена в Нижегородском государственном техническом университете на кафедре «Машиностроительные технологические комплексы и ОМД».

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Предложен и исследован способ комбинированного обратного выдавливания (КОВ) полых заготовок типа втулок, трубок или стаканов, а также деталей Н-образного сечения, вращающимся рельефным пуансоном.

Штампы для выдавливания полых деталей защищены авторским свидетельством и патентом. i • • •.

2. Выполнен анализ интенсивности напряжений на пуансоне при выдавливании стаканов по схемам ОВ и КОВ на основе энергетического критерия Губера — Мизеса — Генки применительно к осесиммелричному напряженному состоянию.

3. Установлено, что по сравнению с однокомпонентным нагружением по схеме обратного выдавливания стаканов в том же штампе вращающимся рельефным пуансоном интенсивность напряжений Ст/ на пуансоне и деформирующая сила уменьшаются приблизительно на 10−15% за счет уменьшения трения между стаканом и матрицей при вращении и обеспечения сдвига только в донной части стакана, что позволяет прогнозировать повышение стойкости штампбвого инструмента при замене однокомпонентного нагру-жения комбинированным.

4. Выявлен оптимальный макрорельеф торцевой поверхности пуансона и дна матрицы-выталкивателя (число впадин, их глубина, угол при верпшне впадины) при выдавливании стаканов по схеме КОВ.

5. Выполнен анализ влияния макрорельефа дня матрицы-выталкивателя на энергосиловые затраты при выдавливании стаканов по схеме КОВ. Показано, что макрорельеф' матрицы-выталкивателя способствует появлению дополнительных сдвиговых деформаций, а также повышению крутящего момерта на винте установки.

6. Установлено, что величина коэффициента трения на рельефной торцевой поверхности пуансона изменяется в процессе пластического формообразования при обратном комбинированном выдавливании стаканов, когда пуансону одновременно сообщается осевое перемещение и кручение.

7. При обратном комбинированном выдавливании стаканов пуансоном с рельефной торцевой поверхностью величина коэффийиента трения пар «сталь-свинец» и «сталь-медь» примерно одинакова и приблизительно в 1,9 раза больше этой величины для пары «сталь-алюминий».

8. При обратном комбинированном выдавливании стаканов рельефным пуансоном для уменьшения силы деформирования и интенсивности нормальных напряжений на пуансоне и повышения стойкости деформирующего инструмента рекомендуется соблюдать следующие значения коэффициента трения: для отожженной меди р 0,37ч-0,44- для адюминия р = 0,21-Л0,26- для свинца р = 0,39-Л0,41.'.

9. Методом визиопластичности на количественном уровне выявлены закономерности изменения основных параметров сдвиговой деформаций (относительный сдвиг, степень угловой деформации, интенсивность скорости деформации) при выдавливании стаканов из свинца по схеме КОВ.

10. Показана экономическая целесообразность изготовления детали «толкатель дизельного двигателя» за одну операцию по схеме КОВ взамен традиционного (базового) технологического процесса с использованием в качестве смазочного материала дисульфида молибдена с солидолом вместо фосфатирования с последующим омылением.

11. На основании проведенных исследований можно сделать заключение о рациональности и перспективности применения комбинированного обратного выдавливания полых деталей типа стакана вращающимся деформирующим инструментом.

КОМБИНИРОВАННОЕ ОБРАТНОЕ ВЫДАВЛИВАНИЕ СТАКАНОВ ВРАЩАНЗЩИМСЯ РЕЛЬЕФНЫМ ПУАНСОНОМ.