14. Евдокимова Е. Ю. Разработка и исследование процесса упрочнения тонколистовых деталей, изготавливаемых вытяжкой

>> К списку публикаций >> К содержанию сборника

УДК 621.981.04.002

Евдокимова Е. Ю.

Научные руководители - профессор Комаров А. Д., доцент Моисеев В. К.

В процессе штамповки деталей с выпуклыми криволинейными бортами эластичной средой, а особенно при вытяжке полых деталей, в зоне сопряжения борта со стенкой (при вытяжке – дна со стенкой) образуется утонение материала до 20 %, что значительно снижает качество получаемых изделий.

Поставлена задача – разработать устройства, которые позволят получать в опасной зоне утолщение материала до (8…23)%, а также одновременно производить вытяжку, обрезку припуска и упрочнение деталей.

Первое устройство /1,2/ состоит из жёсткого пуансона, установленного на подштамповой плите. Контейнер для эластичной среды выполнен в виде металлической втулки, которая через опорное кольцо и шайбу закреплена на верхней плите винтами.

Шайба выполнена из эластичного материала. В образованный контейнер помещен диск из эластичного материала. В качестве эластичного материала используется полиуретан или резина.

Данное устройство работает следующим образом.

Обрабатываемую заготовку устанавливают на пуансон. Производят штамповку. При этом металлическая втулка опускается на плиту до начала сжатия шайбы и диска. При наращивании усилия пресса шайба из эластичной среды начинает сжиматься. Затем также начинает сжиматься и эластичный диск. Он прогибает заготовку в центральной части, образуя волну избыточного материала в зоне радиуса сопряжения борта со стенкой. Под действием радиальных сил волна избыточного материала обжимается и происходит утолщение материала заготовки в зоне сопряжения на (8…23)%. Повышается прочность и жесткость деталей, что ведет к увеличению их надежности и ресурса.

Второе устройство /3/ состоит из матрицы и пуансона, закрепленного через эластичную втулку с помощью винта к пуансонодержателю, снабженному металлической втулкой и установленному с помощью винтов на верхней плите. В матрице запрессован диск из эластичной среды и помещен выталкиватель, состоящий из упора и штоков.

Устройство работает следующим образом.

Производят штамповку. При этом пуансон осуществляет вытяжку заготовки, а металлическая втулка – обрезку по контуру. При наращивании усилия пресса втулка из эластичной среды сжимается, и пуансон поднимается вверх. Эластичный диск деформируется и прогибает заготовку в центральной части, образуя волну избыточного материала в зоне радиуса сопряжения борта со стенкой.

Под действием радиальных сил волна избыточного материала обжимается и происходит утолщение материала в зоне радиуса сопряжения борта со стенкой.

Предлагаемое устройство позволяет получать детали одновременной вытяжкой и обрезкой по контуру, при этом также происходит утолщение материала в зоне сопряжения борта со стенкой на (8…23)%. Повышается прочность и жесткость деталей, что ведет к увеличению их надежности и ресурса.

Третье устройство (рисунок 1) /4/ состоит из матрицы 1 и пуансона 2, закрепленного через эластичную втулку 3 с помощью винта 4 к пуансонодержателю 5, который снабжен металлической втулкой 6 и установлен с помощью винтов 7 на верхней плите 8. К матрице 1 с помощью винтов 9 закреплен фиксатор положения заготовки 10, высота которого h=(1,25…1,4)S₀, где S₀ - толщина заготовки. Это позволяет создать необходимый зазор между прижимом 11 и заготовкой. Прижим 11 подпружинен с помощью нескольких эластичных втулок 12 и металлических колец 13 относительно верхней плиты 8. Число эластичных втулок 12 зависит от условий штамповки, в частности, от высоты вытягиваемой детали, так как эластичная втулка не может сжиматься более чем на 30% от своей начальной толщины. В матрице 1 запрессован диск из эластичной среды 14 и помещен выталкиватель, состоящий из упора 15 и штоков 16.

Устройство работает следующим образом. Заготовку устанавливают по фиксатору положения заготовки 10 на вытяжную матрицу 1. Начинают процесс штамповки. При этом прижим 11 опускается на фиксатор положения заготовки 10, а пуансон 2 действует непосредственно на заготовку. Таким образом, между прижимом 11 и заготовкой создается гарантированный зазор. Благодаря этому зазору заготовка под действием пуансона 2 свободно перемещается в зону вытяжки, что предотвращает утонение стенки детали, а появляющиеся гофры разглаживаются о прижим 11. Это делает возможной вытяжку тонколистовых деталей, склонных к гофрообразованию. Далее металлическая втулка 6 осуществляет обрезку припуска по контуру.

При наращивании усилия пресса втулка из эластичной среды 3 сжимается и пуансон 2 поднимается вверх. Эластичный диск 14 деформируется и прогибает заготовку в центральной части, образуя волну избыточного материала в зоне сопряжения дна со стенкой. Под действием радиальных сил волна избыточного материала обжимается и происходит утолщение материала заготовки в опасной зоне.

Предлагаемое устройство позволяет за один ход пресса производить вытяжку и обрезку припуска тонколистовых деталей, склонных к гофрообразованию, что повышает производительность труда. При этом также происходит утолщение материала в зоне сопряжения дна со стенкой на (8…23)% толщины заготовки. Таким образом, повышается прочность и надежность деталей, что ведет к увеличению их ресурса.

Рисунок 1 – Схема начальной и промежуточной стадий штамповки с помощью третьего устройства

Разработана методика расчёта основных параметров для рассмотренных выше устройств.

В общем случае усилие пресса определяется из соотношения:

Р=f(Р_в, Р_пр, Р_об, Р_п, Р_п.в., Р_б), (1)

где Р_в – усилие, необходимое для вытяжки деталей;

Р_пр – усилие прижима;

Р_об – усилие, необходимое для обрезки припуска по контуру детали;

Определение усилий вытяжки Р_в и прижима Р_пр ведется по известным формулам В. П. Романовского /5/ и Е. А. Попова /6/.

Наиболее опасным местом детали является зона перехода от дна к стенкам вследствие возникающего здесь в начальной стадии вытяжки значительного утонения материала и большой величины растягивающих напряжений. Следовательно, для того, чтобы исключить это утонение, необходимо обеспечить свободное поступление металла в опасную зону. Для этого необходимо обеспечить зазор z между прижимом и матрицей, величина которого определяется из условия:

, (2)

где S₀ – толщина материала заготовки;

d – диаметр детали.

Усилие, необходимое для сжатия эластичной пружины, определяется по формулам, изложенным в /7/.

Давление q_э, необходимое для посадки волны избыточного материала, определяется аналогично методике Е. И. Исаченкова для определения давления разглаживания цилиндрического гофра /8/:

, (3)

, (4)

где r₀ - радиус скругления пуансона;

Список использованных источников

1. Комаров А. Д., Моисеев В. К., Евдокимова Е. Ю., Шаров А. А. Упрочнение полых деталей эластичной средой. // Самолетостроение России: проблемы и перспективы: Тезисы докладов II Всероссийской конференции (20 – 23 июня 2000 года). – Самара: СГАУ, 2000. - С. 37-38.
2. Евдокимова Е. Ю. Научный руководитель – профессор Комаров А. Д. Вытяжка деталей и их упрочнение эластичной средой. // IX Всероссийские Туполевские чтения студентов: научно-техническая конференция, Казань, 25 – 26 октября 2000 года: Тезисы докладов. Том 1. Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та. 2000. - С. 19.
3. Евдокимова Е. Ю. Научный руководитель – профессор Комаров А. Д. Вытяжка деталей из листового материала и повышение их качества. // Технология и оборудование современного машиностроения: Всероссийская молодежная научно-техническая конференция, Уфа, 21 – 22 ноября 2000 года. Тезисы докладов. Уфа: Уфим. гос. авиац. техн. ун-т. 2000. - С. 49.
4. Евдокимова Е. Ю. Научный руководитель – профессор Комаров А. Д. Разработка и исследование процесса вытяжки деталей и повышение их качества. // Решетневские чтения: Тезисы докладов IV Всерос. научно-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых специалистов (10 – 12 ноября, 2000, г. Красноярск). – Красноярск: САА, 2000. С.109-110.
5. Романовский В. П. Справочник по холодной штамповке. – Л.: Машиностроение, 1971. – 782 с.
6. Попов Е. А. Основы теории листовой штамповки.–М.: Машиностроение,1968.–284с.
7. Комаров А. Д. Штамповка листовых и трубчатых деталей полиуретаном. ЛДНТП, 1975. – 36 с.
8. Исаченков Е. И. Штамповка резиной и жидкостью.–М.: Машиностроение, 1967.- 367 с.