Никитенко В.М. Разработка и совершенствование процессов формоизменения деталей коробчатой формы из листовых заготовок вытяжкой-отбортовкой
Подождите немного. Документ загружается.
1
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение
высшего профессионального образования
«УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
В. М. Никитенко,
В. И. Филимонов,
И. П. Попов
Разработка и совершенствование
процессов формоизменения
деталей коробчатой формы
из листовых заготовок
вытяжкой-отбортовкой
Ульяновск
УлГТУ
2011
2
УДК 621.73.002.5
ББК 34.4 г
Н 93
Рецензенты: доктор технических наук, зам. директора по научной
работе (Ульяновский ВИАМ) Постнов В. И.,
кандидат технических наук, доцент С. С. Гужин
Научный редактор д-р техн. наук В. И. Филимонов
УДК 621. 73. 002. 5
Никитенко, В. М.
Разработка и совершенствование процессов формоизменения
деталей коробчатой формы из листовых заготовок вытяжкой-отбортовкой
/
В. М. Никитенко, В. И. Филимонов, И. П. Попов. – Ульяновск : УлГТУ,
2011. – 102 с.
ISBN 978-5-9795-0807-8
Рассмотрены основные особенности известных способов изготовления
рассматриваемых деталей вытяжными операциями, отличительные особенности
предлагаемой технологии, показано возрастание роли ресурсосберегающих технологий
в автомобильной промышленности листоштамповочного производства и возможности
их использования, проанализированы основные направления предложенной технологии
изготовления деталей коробчатой формы в плане квадратной с отверстием в донной части.
Предназначено для работников предприятий, научных работников, аспирантов,
студентов машиностроительных факультетов, специализирующихся в области
обработки металлов давлением.
© Никитенко В. М., Филимонов В. И., Попов И. П., 2011
ISBN 978-5-9795-0807-8 © Оформление. УлГТУ, 2011
Н 93
3
ВВЕДЕНИЕ
Развитие современного машиностроения характеризуется созданием
конструкций и узлов машин, предназначенных для работы в различных
условиях эксплуатации. Эти задачи решаются в соответствии с требованиями
экономического развития, предусматривающими сосредоточение усилий на
повышение качества, производительности труда, снижении материалоемкости
и энергопотребления.
Основными критериями, лимитирующими применение технологических
процессов, определяющих эффективность технических решений при
штамповке деталей с
отверстиями в донной части, является
металлосбережение, оцениваемое коэффициентом использования металла
(КИМ).
Анализ действующих технологий холодной штамповки различных
деталей из листового металла показал, что до 80% их цены составляет
стоимость металла.
Поэтому разработка и внедрение металлосберегающих технологий,
направленных на уменьшение расхода материала, является одним из
радикальных путей снижения себестоимости штампованных деталей и
трудоемкости изготовления, при обеспечении показателей качества в принятых
условиях работы.
Применение прогрессивных формообразующих технологий, а также
расширение технологических возможностей известных методов, основанных на
пластическом деформировании, позволяющие увеличить КИМ, который в
настоящее время не отвечает современным требованиям металлообработки при
изготовлении рассматриваемых деталей, является актуальной, важной научно-
технической проблемой, решение которой внесет значительный вклад в ускоре-
ние научно-технического прогресса.
Как показал обзор научно-технической литературы, совмещение
операций вытяжки и отбортовки используется в настоящее время только при
4
производстве осесимметричных деталей. Вместе с тем для производства
транспортных средств, оснащения автоматизированных складов в
машиностроении и автомобилестроении прослеживается необходимость
изготовления деталей коробчатой формы с отверстием в донной части.
Из-за недостаточной изученности применительно к листоштамповочному
производству, применение совмещенной операции вытяжки-отбортовки в
автомобильной промышленности ограничивается. Традиционно такие детали
изготавливают вытяжкой из плоской заготовки с последующей пробивкой
отверстия требуемой формы и размеров, что сопровождается большим отходом
металла.
Широкому и успешному внедрению в промышленность теоретических
работ, посвященных определению напряженно-деформированного состояния,
силовых условий и предельных возможностей при совмещении вытяжки и
отбортовки, способствовали работы отечественных и зарубежных ученых:
В. М. Антонова, Ю. Н. Берлета, С. А. Валиева, Ф. В. Гречникова,
В. И. Ершова, А. А. Ильюшина, В. Л. Колмогорова
, В. Д. Кухарь,
А. Д. Матвеева, А. Ш. Мурасова, И. А. Норицына, А. Г. Овчинникова,
Е. А. Попова, В. П. Романовского, Г. А. Смирнова-Аляева, М. В. Сторожева,
Ю. А. Титова, В. В. Шевелева, Л. Ф. Шофмана, С. П. Яковлева,
Д. А. Вайнтрауб, Б. П. Звороно, X. Свифт, З. Марчиньяк и
многих других,
внесших значительный вклад в разработку теоретических и практических
вопросов при изготовлении коробчатых деталей в плане вытяжными
операциями.
Несмотря на предпринимаемые большие усилия и быстрый прогресс в
развитии теории пластичности, многие важные задачи остаются
неразрешенными и имеют совсем мало примеров точного их решения в рамках
теоретического анализа относительно вытяжки, совмещенной
с отбортовкой.
5
ГЛАВА 1.
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ
ФОРМООБРАЗОВАНИЯ
ДЕТАЛЕЙ КОРОБЧАТОЙ ФОРМЫ
ИЗ ЛИСТОВОГО МЕТАЛЛА
1.1. Сортамент коробчатых деталей. Область применения
Развитие машиностроения неразрывно связано с применением
прогрессивных методов изготовления деталей методом обработки металлов
давлением, к которым предъявляются высокие требования по качеству,
точности геометрических размеров, чистоте поверхности, что обосновано не
только совершенствованием уже существующих, но и развитием новых
способов штамповки, в том числе и совмещенного способа
вытяжки-
отбортовки.
В настоящее время процессы интенсивного деформирования в листовой
штамповке и, в частности, при получении коробчатых деталей квадратной
формы с отверстием в донной части находят широкое применение в
автомобильной промышленности и в машиностроении (рис. 1.1).
В автомобилестроении такими деталями являются светоотражатели фар,
фитинговые элементы кузова, а в складском хозяйстве – коробчатые
прокладки
под стяжные болты, основания распорок и многие другие.
Рис. 1.1. Геометрические параметры квадратной коробчатой детали с фланцем
и отверстием в донной части
6
Технологические процессы изготовления таких деталей в настоящее
время характеризуются тем, что после вытяжки осуществляется пробивка
отверстия в плоскости дна, затем производится отбортовка, что
сопровождается большим отходом металла. Высокие детали требуют два и
более перехода вытяжки, кроме этого, технологии изготовления деталей с
фигурным дном характеризуются применением реверсивной вытяжки с
пробивкой отверстия
и отбортовкой.
Анализ обширной номенклатуры деталей коробчатой формы позволил
выделить группу типовых деталей в соответствии с их конструктивно-
технологическими особенностями с целью структурирования всего
разнообразия, основными признаками, которых являются: форма боковой
поверхности детали, форма дна и наличие отверстия в плоскости, радиус
перехода боковых стенок (табл. 1.1).
Таблица 1.1
Типовые детали коробчатой формы
7
Рассмотренной номенклатуре принадлежат как освоенные в
промышленности формы деталей, так и перспективные, находящиеся в стадии
разработки и исследования. Изготовление некоторых деталей рассматривается
в данной работе. Формообразование деталей этой группы протекает по одной и
той же схеме деформирования. Основной недостаток таких технологических
процессов – низкий коэффициент использования металла (КИМ), так как отход,
полученный после пробивки на производстве, в основном не используется.
Поэтому важнейшая проблема кузнечно-штамповочного производства –
изыскание новых эффективных методов формообразования коробчатых
деталей, обеспечивающих максимальное снижение расхода материала.
Анализ действующих технологических процессов показал, что имеются
резервы повышения КИМ, следовательно, снижения себестоимости
штампованных деталей.
1.2. Использование вытяжки и отбортовки
при изготовлении различных заготовок
В соответствии с выбранными направлениями исследований в работе
анализировалась научно-техническая литература, проводился патентный поиск
по совершенствованию раскроя листового металлопроката для деталей
коробчатой формы, а также по оптимизации формообразующих операций при
штамповке коробчатых деталей с отверстием в донной части.
В последние годы проведено много исследований и
создано изобретений,
направленных на повышение эффективности вытяжки и экономию металла за
счет получения рациональных форм заготовок и раскроя проката. В качестве
альтернативных известны следующие способы изготовления.
В патенте США [55] предлагается форма заготовки, обеспечивающая
минимальную высоту фестонов после вытяжки за одну, две и три операции;
8
заготовка имеет форму круга с радиусом R, у которого срезаны четыре взаимно
перпендикулярные сегмента под углом 45
°
к направлению проката.
Для вытяжки деталей типа коробки предложена заготовка, имеющая
форму квадрата со срезанными углами. Срезы выполнены по дуге окружности,
проведенной из геометрического центра заготовки диаметром, равным 1,02 –
1,2 стороны квадрата [16].
Также используют восьмигранную заготовку, вырубаемую из полосы,
толщина которой равна расстоянию между противоположными гранями
восьмигранника [8]. Благодаря этому экономия металла составляет 10-13%
по
сравнению с исполнением круглой заготовки, вырубаемой из полосы или листа.
В исследованиях, проведенных в Тульском политехническом институте,
предложена заготовка для вытяжки деталей из анизотропного материала,
отличающая тем, что контур ее периодически изменяется в окружном
направлении по косинусоидальному закону [42].
В Польше разработан способ вытяжки деталей из квадратных заготовок,
прижимаемых к матрице
с различными усилиями. Для осуществления этого
способа разработан штамп с сегментным прижимом. При вытяжке квадратной
заготовки со стороной, равной размеру круглой заготовки, получают изделие,
высота которого больше на 31,4% по сравнению с высотой изделия,
полученного из круглой заготовки. В изделиях, полученных из квадратных
заготовок, утонение стенки изделия происходит по всей ее
длине, а в изделиях,
полученных из круглых заготовок, на части стенки и на дне. Но в первом
случае утонение составляет 6,5%, а во втором 22% [39].
В работе [10] предложен способ изготовления деталей из заготовки
прямоугольной или шестиугольной формы путем вытяжки и последующей
торцевой осадки. Для повышения качества вытяжку осуществляют при
обеспечении неравномерного утонения боковой
стенки изделия и вытяжном
зазоре, величину которого принимают прямо пропорционально ширине
противолежащего участка фланца заготовки.
9
В соответствии с Польским патентом [56] квадратную или многогранную
заготовку вырубают из листа в таком направлении, чтобы края заготовки были
параллельны или перпендикулярны направлению образования фестонов при
вытяжке круглой заготовки.
При вытяжке деталей коробчатой формы из таких заготовок условия
деформирования могут ухудшаться, кроме того, как правило, увеличиваются
затраты на инструмент, стойкость его снижается. Это влечет за собой
повышение расхода металла и повышение трудоемкости изготовления.
Анализ номенклатуры деталей промышленных предприятий
автомобильной отрасли (листоштамповочное производство) позволил сделать
вывод о возможности разработки мероприятий ресурсосбережения при
формообразовании деталей коробчатой формы с отверстием в донной части с
целью повышения КИМ.
1.3. Анализ существующих способов, направленных на экономию металла
при изготовлении деталей коробчатой формы
с отверстием в донной части
Анализируя основные особенности существующих способов получения
коробчатых изделий в плане квадратных небольшой высоты с отверстием в
донной части, установлены пути совершенствования процессов за счет
перераспределения деформаций с помощью зажимов донной или боковой части
коробки и применения профильных пуансонов (комбинированные способы).
Рассмотрены известные способы, направленные на экономию металла при
изготовлении деталей коробчатой формы с отверстием в донной части.
Изобретение [8], может быть использовано при штамповке деталей
коробчатой формы из тонколистового материала за счет увеличения степени
вытяжки.
10
В изобретении [64] рекомендуется способ штамповки полых изделий с
отверстием в донной части.
В изобретении [9] рассмотрен способ изготовления изделий с отверстием
в донной части, включающий вырезку плоской заготовки с отверстием,
размеры которого меньше размеров отверстия в донной части готового изделия,
и последующую ее вытяжку-отбортовку. Этот способ отбортовки можно
осуществить в крупносерийном и массовом производстве, т. к. штамповая
оснастка для его реализации значительно проще по конструкции, чем для ранее
рассмотренных способов. Значительного расширения возможностей отбортовки
можно достичь, уменьшая величину растягивающих тангенциальных
напряжений и создавая сжимающие радиальные напряжения. При отбортовке
в зоне деформации создается благоприятная схема напряженно-
деформированного состояния, которая позволяет повысить величину предельно
допустимого коэффициента отбортовки за один переход и удается уменьшить
число штамповочных переходов, что увеличивает высоту и повышает точность
формы.
В работе [20] сделан анализ применения принципа совмещения при
осуществлении отбортовки. При этом предельные возможности
формообразования существенно повышаются.
Способ изготовления полых изделий с отверстием, предложенный в
изобретении [64], позволяет интенсифицировать процесс формообразования.
Предлагаемый способ обеспечивает увеличение высоты изделий путем
исключения отрыва донной части.
Анализ существующих способов, направленных на экономию металла при
изготовлении деталей коробчатой формы с отверстием в донной части,
показал, что используемые в современном производстве способы
формообразования не в полной мере используют возможность расширения
зоны деформирования при совмещении отбортовки с вытяжкой, что не