Исследование и совершенствование процессов пульсирующей глубокой вытяжки листовых деталей

Для научно-технического процесса на современном этапе развития науки и техники характерно усложнение конструкций машин и их комплексов, что, в свою очередь, предопределяет увеличение трудоемкости изготовления, себестоимости и сроков освоения новых изделий.

С помощью операций листовой штамповки многие высокоразвитые страны выпускают до 80% общего количества продукции машиностроения, и одной из важных проблем машиностроительного производства является экономичное и высокопроизводительное получение качественных тонкостенных деталей. В этом отношении характерны следующие данные: листовой штамповкой в самолетостроении изготавливается до 60−70% от общего количества деталей, в ракетостроении — 80−90%, в автотранспорте — до 50%, в приборостроении — до 85−90% [1,2].

Широкому применению процессов листовой штамповки способствует их достаточно высокая степень совершенства, которая может быть оценена совокупностью следующих технико-экономических показателей:

• высокой точностью и хорошим качеством штампуемых деталей;

• высоким уровнем производительности труда и низкой себестоимостью производства новых изделий;

• приспосабливаемостью к различным масштабам производства при сохранении высоких технико-экономических показателей;

• возможностью изготовления деталей с наиболее высоким коэффициентом использования металла;

• возможностью получения полых изделий из листа с минимальной металлоемкостьюОперации листовой штамповки могут быть разделены на две группы: разделительные и формоизменяющие.

Разделительные операции характеризуются отделением одной части заготовки от другой и завершаются разрушением материала (вырубка, пробивка, отрезка, зачистка и т. п.).

Формоизменяющие операции (гибка, вытяжка, обжим, отбортовка и т. п.) характеризуются тем, что заготовка получает пластические деформации и деформирование не должно завершаться разрушением.

В ряде работ [3,4] показано, что среди формоизменяющих операций глубокая вытяжка является одним из наиболее эффективных средств для получения высококачественных заготовок под механическую обработку. Это определяет большой интерес, который всегда проявляется к этому виду обработки металлов давлением.

Однако единичный и мелкосерийный характер производства, в условиях которого находится значительная часть предприятий машиностроения, накладывает определенные ограничения на традиционные процессы вытяжки. Так, если в условиях серийного и массового производства в абсолютном большинстве случаев экономически оправдано получение полых деталей за несколько вытяжных операций, то при обширной номенклатуре и небольшой годовой программе многооперационный процесс вытяжки, требующий для изготовления на одну деталь несколько вытяжных штампов и сопровождающийся целым рядом вспомогательных операций (отжиг, травление, промывка, нанесение и удаление смазок и т. д.), становится растянутым во времени, малоудобным и дорогостоящим.

Для многих производств (в частности, производства летательных аппаратов) характерны следующие особенности:

• большая номенклатура одновременно изготавливаемых изделий;

• малые масштабы выпуска однотипных изделий;

• относительно частая смена объектов производства;

• сжатые сроки подготовки производства и освоение новых или модернизированных изделий.

Наиболее радикальным путем преодоления трудностей, обусловленных возможностями современного производства и отмеченными особенностями, является его интенсификация на основе изыскания, разработки и внедрения новых технологических процессов и оборудования, обеспечивающих предельное сокращение времени и затрат труда как на превращение заготовок в законченное изделие или полуфабрикат, так и на подготовку вытяжного производства листовых деталей.

Однако находящийся на вооружении современного машиностроения комплекс методов и средств листовой штамповки вообще и глубокой вытяжки в особенности не отвечает во многих случаях современным требованиям промышленности.

В связи с этим возникает необходимость в обосновании и разработке основных направлений интенсификации глубокой вытяжки с разработкой комплекса новых методов и средств глубокой вытяжки, теоретическим обоснованием и проверкой экспериментом их силовых и технологических параметров в лабораторных и производственных условиях.

Процесс штамповки предназначен для получения полых деталей из плоской листовой заготовки. Возможное формоизменение при вытяжке фланцевой части заготовки ограничено ее разрушением в том месте, где действуют наибольшие по величине растягивающее напряжения. При рассмотрении технологических возможностей операции вытяжки необходим учет факторов, влияющих на величину допустимого формоизменения, оценка их значимости.

Штамповка — вытяжка представляет собой процесс сложного нагружения при непрерывно меняющимся виде напряженно-деформированного состояния.

Анализ напряженно-деформированного состояния позволяет правильно рассчитать технологический процесс вытяжки, правильно выбрать размеры заготовок вытягиваемых изделий и рациональные элементы рабочих частей штамповой оснастки, а также определить основные направления интенсификации глубокой вытяжки.

Для расширения области применения вытяжных работ в условиях малосерийного производства необходимо изыскивать новые технологические процессы, обеспечивающие сокращение количества вытяжных и сопутствующих им вспомогательных операций.

В настоящее время теоретически и экспериментально изучаются следующие принципиально новые технологии листовой штамповки [5]:

• штамповка-вытяжка листовых деталей пластичным металлом;

• глубокая вытяжка гидроэластичной матрицей с подвижным прижимом,.

• гидромеханическая вытяжка листовых деталей;

• гидростатическая сверхглубокая вытяжка из листового металла;

• глубокая вытяжка с кольцевым гофрированием и разглаживанием фланца заготовки;

• пульсирующая глубокая вытяжка тонкостенных деталей из листового металла;

• вытяжка с колеблющимся и качающимся прижимом;

• глубокая вытяжка листовых деталей из профилированных по толщине заготовок;

• малоотходная технология вытяжных работ.

Среди рассмотренных процессов определенный интерес представляют процессы вытяжки, основанные на дроблении очага пластического деформирования фланца заготовки.

Известный процесс пульсирующей вытяжки с преднамеренным радиальным гофрированием и разглаживанием фланца заготовки позволяет расширить номенклатуру листовых деталей, изготовляемых глубокой вытяжкой.

Однако широкому применению этого прогрессивного процесса вытяжки препятствует, во-первых, то, что он рационален лишь при штамповке особо тонкостенных? деталей (— <0.02, где — исходная толщина заготовки, ?1 — диаметр пуансона) и, во-^ вторых, то, что для его осуществления требуются достаточно мощные специальные гидропрессы, у которых усилие на прижиме примерно в 10 раз больше, чем в обычных гидропрессах [6].

Пульсирующая вытяжка с чередованием деформирования кольцевых участков фланца заготовки, являющаяся предметом исследования в настоящей работе, способствует дальнейшему расширению возможностей вытяжного производства листовых деталей за счет того, что этим процессом обеспечивается изготовление листовых деталей с? > 0.02, а также за счет того, что его осуществления требуется гидропрессы меньшей с/ мощности, чем для пульсирующей вытяжки с радиальным гофрированием [7].

В настоящей работе представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований нового процесса глубокой вытяжки: с учетом увеличения несущей способности штампуемого материала в зоне раздела периферийного и центрального очагов деформирования и с учетом взаимодействия последних при создании давлений подпора в центральной зоне фланца заготовки в процессе вытяжки. В первой главе кратко изложены сущность, теоретические основы и пути интенсификации глубокой вытяжки полых листовых деталей, приведен обзор и анализ способов глубокой вытяжки, основанных на дроблении очага пластического деформирования и последовантельно-чередующемся деформировании отдельных участков фланца заготовки.

Во второй главе на основании методов механики деформируемого твердого тела проведен теоретический анализ пульсирующей вытяжки с чередованием деформирования кольцевых участков фланца заготовки в периферийной и центральной зонах с учетом увеличения несущей способности штампуемого металла в зоне раздела последних и с учетом взаимодействия их при создании давлений подпора в центральной зоне фланца заготовки в процессе вытяжки.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям пульсирующей вытяжки с чередованием деформирования кольцевых участков фланца заготовки, определению области применения и освоению нового процесса в лабораторных условиях.

Наконец, в четвертой и последней главе обсуждается применение пульсирующей вытяжки в зубопротезной технике для изготовления металлических зубных коронок.

В заключении работы проведены общие выводы и список цитированной литературы.

В приложении имеются акты внедрения результатов работы на предприятиях г.

Перми.

Таким образом, в работе решаются следующие основные задачи:

1. Дан анализ различных способов глубокой вытяжки.

2. Обоснованы преимущества метода пульсирующей вытяжки с чередованием деформирования кольцевых участков фланца заготовки.

3. Построена приближенная математическая модель, позволяющая рассчитывать усилия и напряжения в прессе пульсирующей вытяжки с чередованием деформирования кольцевых участков фланца заготовки.

4. Проведено экспериментальное исследование данного процесса.

5. Описано применение пульсирующей вытяжки в зубопротезной технике, применимое и к аналогичным процессам.

Выводы по работе.

Настоящая работа направлена на решение одной из проблем машиностроительного производства — интенсификации и совершенствования штамповки-вытяжки полых деталей из листового металла.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований, представленные в настоящей работе, дают основание сделать следующие выводы.

1. В самых разнообразных конструкциях, выпускаемых машиностроительными предприятиями, работающими в условиях серийного, мелкосерийного и опытного производства, широко применяются полые детали из листового металла, изготовление которых осуществляется многопереходной штамповкой на универсальных прессах и выдавливанием на токарно-давильных станках, что связано либо со значительным увеличением стоимости штамповой оснастки, либо с применением тяжелого физического труда.

Для сокращения количества вытяжных операций и снижения объема ручного труда при изготовлении таких деталей необходимо разрабатывать новые способы штамповки-вытяжки и создавать специализированное оборудование для их осуществления.

2. Одним из эффективных путей интенсификации вытяжного производства является вытяжка с чередованием деформирования кольцевых участков фланца заготовки, которая позволяет существенно сократить количество операций при изготовлении полых деталей и, в особенности, деталей с широким фланцем.

3. Пульсирующая вытяжка, основанная на разделе очагов деформирования во фланце заготовки, приводит к значительному расширению технологических возможностей формообразования изделий из листа.

4. В работе определены значения основных компонентов напряжений штамповки как в Ьтдельности, так и в их взаимодействии, что позволило установить границы применяемости и режимы осуществления исследуемого процесса в зависимости от показателя упрочнения для различных материалов (сталь 08КП, латунь Л63, алюминиевый сплав АмцМ и др.).

5. Аналитически и экспериментально определены максимальные коэффициенты вытяжки как на провал, так и с широким фланцем.

6. Аналитически и экспериментально установлено, что получивший предварительное упрочнение материал, поступающий в зону раздела очагов деформирования, увеличивает несущую способность при вытяжке периферийной зоны заготовки.

7. Установлено, что при возрастании показателя упрочнения п, возрастают значения периферийных коэффициентов вытяжки Коп, убывают значения центральных коэффициентов вытяжки Кц.

8. Аналитически получена и экспериментально проверена зависимость влияния предварительного упрочнения на временное сопротивление металлов при различных значениях показателя упрочнения.

9. Использование пульсирующей вытяжки при выполнении приведенных в настоящей работе технических предложений и разработок позволяет в условиях серийного и опытного производства в 2−10 раз снизить трудоемкость изготовления полых листовых деталей и в 2−5 раз сократить сроки подготовки производства этих деталей.

10. В результате разработки на основе исследований в настоящей работе оригинальных конструкций и новых способов глубокой вытяжки намечены дальнейшие пути совершенствования процесса пульсирующей вытяжки.

Таким образом, выполненные и представленные в настоящей работе исследования показывают, что процесс пульсирующей вытяжки с чередованием деформирования кольцевых участков фланца заготовки, сочетающий в себе значительные технологические возможности при простой штамповой оснастке, может найти широкое применение в различных отраслях машиностроения и сделать заготовительно-штамповочное производство более гибким и маневренным.