автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Исследование операции осадки с затеканием в полости и разработка научно-обоснованных методов проектирования технологических процессов штамповкидеталей с торцевыми выступами

од

На правах рукописи

/

Гречищев Вячеслав Николаевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ОПЕРАЦИИ ОСАДКИ С ЗАТЕКАНИЕМ В ПОЛОСТИ И РАЗРАБОТКА НАУЧНО-ОБОСНОВАННЫХ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ШТАМПОВКИ ДЕТАЛЕЙ С ТОРЦЕВЫМИ ВЫСТУПАМИ

Специальность 05.03.05 - Процессы и машины обработки давлением

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 1996

Работа выполнена в Московской государственной академии приборостроения и информатики

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор доктор технических наук, профессор доктор технических наук, профессор

Ведущая организация: ГНЦ ЦНИИТМАШ

Защита дисссертации состоится _ 19 97 г. в 14

час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д053.15.05 при Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана по адресу: 107005, Москва, 2-ая Бауманская ул., д.5. •

Ваш отзыв на автореферат в 1-ом экз., заверенный печатью, просим выслать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. п.Э. Баумана. Телефон для справок 267-09-63. !

Автореферат разослан " 27 - ¿»¿а Р Л 1997 г.

Матвеев А.Д. Алюшии Ю.А. Головин А.А.

Ученый секретарь диссертационного'совета канд. техн. наук, доцент

В.И. Семенов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. К большой группе деталей многих отраслей промышленности относятся детали с плоским полотном и торцевыми выступами. Это ребристые панели, специальные пластины, диски со ступицей, втулки с фланцем, детали с отдельными отростками, детали плоских механизмов с фигурными наружным и внутренним очертаниями и фиксиругшг-гмя выступами. Прогрессивным способом их изготовления является осадка с затеканием в полости. В ряде слу чаев применение такой осадки эффективно в сочетании с элементами закг:;гой об'-'г-гно^ штамповки, прошивки и разделительными операция«;' ли'Л'с-оЯ и толстолистовой штамповки. В то же время аффективным является применение такой осадки как самостоятельной штамповочной операции для получения деталей с окончательными размерами и формой. Свободные поверхности деталей, не вступающие в контакт с инструментом, во многих случаях удовлетворяют конкретным требованиям практики по точности и чистоте обработки, а поверхности контакта детали с инструментом повторяют его размеры и чистоту.

Использование операции осадки с затеканием в полости повышает производительность, уменьшает расход металла, снижает трудоемкость. ■ ■

Однако 'внедрение в производстве процессов штамповки с ис пользованием операции осадки с затеканием в полости на сегодня осуществляется медленными темпами. Основными причинами, затруд няющими широкое применение этой прогрессивной технологии, явля ются сложность формоизменения из-за нестационарности процесса, предопределяющая определение исходной заготовки большей частью подбором, и несовершенство существующей инструментальной оснаст ки для осадки с затеканием в полости, в том числе устройств для точного фиксирования заготовок и выталкивания и съема отштампованных деталей. Для рационального проектирования технологиче ских процессов изготовления деталей осадкой с затеканием в поло сги недостаточно изучена кинематика течения, обеспечивающая на лучение деталей без искажения боковой поверхности и появления утлкины.

Следовательно, дальнейшее изучение осадки с затеканием в полости и совершенствование технологических приемов получения деталей с торцевыми выступами является актуальной задачей.

Цель работы Целью работы является повышение производительности, уменьшение расхода металла, снижение последующей механической обработки при производстве изделий машиностроения, прибо ростроения и других отраслей промышленности, а также предм':г н

потребления путем создания научно-обоснованных методов разработки технологических процессов штамповки и конструирования штам-пового инструмента с использованием осадки с затеканием в полости.

Задачи исследования. I. Для теоретического исследования принят метод линий скольжения, основанный на минимальном числе допущений и из действующих методов являющийся наиболее точным и наглядным при рассмотрении процессов в сечении заготовки. В то же время для более полного использования этого метода требуется его дальнейшее развитие. Поэтому первой задачей является совершенствование метода в части построения и автоматизированного построения линий скольжения.

2. Разработка и построение полей линий скольжения и годографов скоростей для четырех, принятых за основу, стадий осадки с затеканием в противолежащие полости неравного поперечного размера.

3. С использованием полей линий скольжения и годографов скоростей проведение исследований осадки с затеканием в полости неравного поперечного размера: определить деформирующее усилие и работу деформирования, определить соотношения затекания в полости неравного поперечного размера.

4. При решении этой задачи проведение исследований локального формоизменения для односторонней и двухсторонней с равными полостями осадок: регулирование формы боковой поверхности и предупреждение утяжины.

5. Разработка технологических приемов осуществления осадки с затеканием в полости с высокой производительностью, высоким качеством и точностью размеров.

6. Разработка прогрессивных конструкций штампов для деформирования сплошных заготовок с получением прямоугольных (в плане) и круглых (в плане) деталей с односвязным контуром, а также для деформирования полых заготовок с получением деталей с многосвязным контуром.

Методы исследования. В качестве теоретического метода для решения поставленных задач использован метод линий скольжения. Метод дает возможность определить компоненты напряжений и скоростей течения в сечении деформируемого тела и исследовать локальные явления. В качестве экспериментального использованы метод металлографических исследований и метод поэтапной осадки слоистых и однородных образцов.

Научная новизна. Разработаны способы геометрически точного без упрощений построения линий скольжения на основании решения четырех краевых задач Решением краевых задач являются ячейки, из которых и состоят сетки .линий скольжения. Выявлены варианты по-

строений и определены параметры оптимизации построения линий скольжения, когда в каждой узловой точке ячейки сохраняется ортогональность линий обоих семейств.

Предложены математические модели каждой ячейки, дающие возможность составления программ автоматизированного построения линий скольжения. '

Разработаны поля линий скольжения и построены совместимые с ними годографы скоростей для осадки с затеканием в противолежащие полости неравного поперечного размера для четырех кинематически возможных стадий процесса.

Установлено влияние контактного трения на процесс формоизменения при осадке с затеканием в полости.

Проведен анализ момента образования утяжины при осадке с затеканием в полость и на основании теоретического исследования методом линий скольжения предложен способ предупреждения утяжины, способствующий получению деталей без дефектов.

Практическая ценность. Разработанные способы построения линий скольжения позволяют без упрощений создавать их сетки в оча гах пластического состояния, состоящих из отдельных разных по форме ячеек. Предложенные формулы для определения начальной точки, угла поворота, центра и радиуса кривизны отдельного искомого участка линии любого из семейств позволяют автоматизировать процесс построения ячеек сетки линий скольжения всех четырех, краевых задач с реализацией на персональной ЭВМ IBM PC и использовании современного графического редактора Автокад.

Разработанные поля линий скольжения для осадки с затеканием в полости при установленных четырех стадиях протекания процесса могут быть полностью или отдельными элементами использованы для исследования других сложных процессов формоизменения с разделяющимися потоками.

Проведенные исследования позволяют определять усилия деформирования и устанавливать работу деформации. Даны зависимости для определения соотношения затекания в разные по поперечным размерам полости осаживающих плит, позволяющие правильнее конструировать штампуемые детали и определять переходы штамповки для получения точных и качественных деталей.

В результате проведенного комплекса исследований разработаны технологические процессы и штамповая оснастка на конкретные детали для заводов, опытная проверка которых в лаборатории и промышленное опробование показали возможность их изготовления в условиях серийных производств. Результаты настоящей работы использованы при составлении отчетов ряда хоздоговорных научно-исследовательских тем.

Апробация работы. По основным разделам работы сделаны доклады на научных семинарах и конференциях. ■

Публикации. По теме диссертации опубликовано 2 учебных по собия, 12 научно-технических статей, получено 18 авторских свидетельств и патентов на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов по каждой главе, заключения, списка использованной литературы и приложения'. Общий объем диссертационной работы составляет 570 страниц, в том числе 360 страниц машинописного текста, 6 таблиц, 182 рисунка, список литературы из 150 наименований и 35 страниц приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Во введении приведена разработанная классификация деталей, получаемых и перспективных для' получения осадкой, показано отведенное в классификации место деталей с торцевыми выступами, номенклатура этих деталей и потребность их в отраслях промышленности. Классификация может быть использована для кодирования деталей при автоматизированной подготовке производства. Введение заканчивается обоснованием актуальности работы и целью исследования.

Первая глава "Современное состояние вопроса по осадке с затеканием в полости" подробно освещает этапы развития взглядов на кинематику течения и формоизменение при осадке с затеканием в полости. Рассмотрение известных данных по осадке с затеканием в полости раздельно на два варианта процесса, в таком виде составляющих сведения из литературных научно-технических источников в стране и за рубежом. Эти сведения по вариантам касаются плоской и осесимметричной осадок с затеканием в центральную одностороннюю полость и центральные двухсторонние противолежащие полости одинакового поперечного размера.

К настоящему времени считается установленным, что в обоих вариантах осадки формоизменение в общем случае разделяется на четыре характерные стадии, отличающиеся количеством металла,, расте-каемого к периферии и затекаемого в полость или полости. Это в конечном счете определяется соотношением наибольшей высоты детали Нк, измеряемой по выступу или выступам, и высоты исходной заготовки Но.

В первой стадии процесса металл в полости не поступает, осадка с затеканием не отличается от обычной осадки сплошными плитами. Во второй стадии несмотря на затекание металла в вертикальные

полости плит общая высота детали с одним или двумя выступами Нк меньше высоты заготовки Но. В течении третьей стадии общая высота детали Нк равна высоте заготовки Но- Четвертая стадия характеризуется еще большим количеством металла, поступающего в полости, и в этой стадии общая высота детали Нч больше высоты заготовки Но.

Осадка по стадиям в описанной последовательности осуществляется не всегда. В зависимости от размеров заготовки, размеров полости и условий контактного трения возможны случаи, когда реализуются только отдельные стадии процесса или совокупность отдельных стадий.

Осадку с затеканием в полости изучали отечественные исследователи Базык A.C., Бокман М.А., Ганаго O.A., Головин А.Ф., Губкин С.И., Златкин M .Г., Кирсанова С.Б., Костин Л.Г., Поздеев A.A., Ребельский A.B., Скорняков В.Б., Тарновский И.Я., Трубин В.Н., Унксов Е.П., Шарапин Е.Ф., Шофман JI.A. и авторы зарубежных работ Рошр А. и др., Herold К. (нем.), Newnhan J.A., Rowe C.W. и Mishra R.K. (англ.).

Используя результаты предварительных опытов и их теоретические обоснования большинство из авторов приходили к выводу о существовании одной или двух стадий формоизменения. При этом гипотезы основывались на предположении о перемещении металла центральной и фланцевой частей.

По выдвинутым гипотезам металл центральной части может перемещаться только в выступы, перемещаться в выступы и к периферии; металл фланцевой части может перемещаться только к периферии, перемещаться к периферии и в сторону выступов. Поэтому в каждом отдельном случае реализуется одна или две стадии процесса.

Достижением последовательно проведенных исследований является разделение заготовок на высокие и низкие. У высоких заготовок большая часть металла движется к периферии в виду меньшего сопротивления течению. У низких заготовок в виду большего сопротивления течению к периферии, часть металла фланца движется в сторону образования выступов.

Для теоретического исследования использованы различные подходы, в том числе и классические методы теории обработки металлов давлением: метод решения уравнений равновесия совместно с условием пластичности, метод баланса работ пластической деформации и метод линий скольжения.

При использовании первого из названных методов составляют уравнения равновесия центральной части до границы полости и находят усилие, необходимое для затекания, составляют уравнения равновесия фланцевой части от границы полости в предположении, что металл течет к периферии, и наводят усилие, необходимое для вытекания; в сумме это составляет усилие процесса. Рассматривая

только фланцевую часть с обеих сторон находят действующие в ней напряжения. При этом напряжение возрастает от края заготовки и от края полости. В том месте фланцевой части, где оба напряжения достигают одинакового максимального значения, находится граница раздела течения металла. Чем дальше эта граница от центра, тем большая Часть металла затекает в полости.

При использовании второго из названных методов также рассматривают фланцевую часть и находят границу раздела течения, имеющую место для стадии процесса с увеличением высоты детали по выступам по сравнению с исходной заготовкой.

Однако в обоих случаях в комплексе задачи не учитывается поперечный размер полостей. В то' же время отношение размеров полостей к длине фланцевой части и высоте заготовки также, как и относительные размеры заготовки, влияют на формоизменение и конечные размеры детали

Наибольшие результаты исследований получены при использовании метода линий скольжения, когда построением полей в сечении тела были выявлены все четыре стадии процесса как для осадки с односторонним, так и с двухсторонним затеканием. Учитывая размеры полостей (геометрию инструмента) и относительные размеры исходной заготовки (геометрию заготовки) в координатах Ь/2Но-Во/2Но, где В0, Но, b - соответственно размеры заготовки и полости составлены диаграммы существования стадий процесса, по которым можно судить о характере формоизменения.

Однако в упомянутых исследованиях не касались рассмотрения осадки с затеканием в противолежащие полости неравного поперечного размера, хотя детали такого типа очень распространены. В то же время изучение осадки с затеканием в полости неравного размера дополняет изучение ранее выделенных односторонней и двухсторонней осадок. Сложность названного процесса состоит кроме разделения потоков в ■ горизонтальном направлении, разделения еще и того, что движется к центру в вертикальном направлении. И "это не всегда соответствует известному разделению и в то же время влияет на него. Две работы частично касаются этого направления (Шофман Л.А., Ре-бельский A.B.), но в первой из них априорно говорится о прямопро-порциональной зависимости затекания от соотношения квадратов размеров поперечного сечения, а вторая постановочно отталкивается от односторонней осадки с введением соответствующих коэффициентов.

Кроме одной работы (авторы Базык A.C. и Вокман М.А.), касающейся штамповки втулок с фланцем в полосе, в приведенных исследованиях не говорится о технологических приемах и штамповой оснастке ведения процесса в штамповочном режиме: производительно

и нетрудоемко. Основной технической задачей штамповки осадкой с затеканием в полости является точная фиксация заготовок и удаление отштампованных деталей, при этом выталкиватели и съемники должны допускать наибольшее формоизменение без ограничений с сохранением детали без дефектов при удалении. Особенно это относится к деталям, получаемым с частичным изменением формы свободной боковой поверхности.

Таким образом, несмотря на большой объем исследований прогрессивной операции осадки с затеканием в полости, показывающие ее значение в процессах ковки и штамповки, круг вопросов по получению деталей с торцевыми выступами остается еще решенным неполностью.

Проведенное изучение состояния вопроса на основании литературного обзора позволило определить задачи исследования.

Вторая глава "Метод линий скольжения" посвящена развитию теоретического метода решения и исследования задач обработки металлов давлением, применимого к технологической операции осадки с затеканием в полости. При всей разработанности метода, позволяющего по линиям скольжения определять'напряжения в сечении тела и следить за кинематикой процессов, построение самим линий, имеющих два ортогональных семейства аир, оставалось трудной задачей. Геометрически правильное строгое решение заменяется на упрощенное или заменой точных углов наклона линий в узловых точках на среднее между двумя соседними (численный метод), или отказом от ортогональности, когда в противолежащих узловых точках один угол больше прямого, второй меньше прямого (графический способ).

Ортогональные семейства линий скольжения при построении их в пластических областях деформируемого тела образуют сетки, состоящие из ячеек. В зависимости от вида напряженного состояния ячейки имеют полностью прямолинейную, частично криволинейную или полностью криволинейную форму. В то же время построение самих ячеек с образованием сетки основано на решении четырех краевых задач теории пластичности, для которых по начальным или краевым данным для напряжений и углов наклона линий скольжения установлены конфигурации отдельных областей (ячеек), в которых определены напряжения и углы.

Построение этих ячеек составляет техническую задачу теории линий скольжения.

В частных случаях напряженного состояния линии скольжения являются прямыми или дугами концентрических окружностей, которые проводят элементарным путем. В общем случае, выбрав начальную точку построения, необходимо найти цен^р и радиус кривизны. Работа этого направления и была выполнена в настоящей главе. В процессе

этой работы исходили из предпосылок краевых задач, основывались на геометрических свойствах линий скольжения и использовали элементы теории кривизны кривой.

Расчет по линиям скольжения основан на угле наклона линий а к оси х. Однако при общем мнении об отклонении этого угла от первого главного напряжения сам угол строился и отсчитывается неоднозначно. В работе на основании анализа многих задач и многократных построений установлено при известной вершине угла направление его сторон и даны диаграммы для практического использования.

В первой краевой задаче известными являются форма и расположение свободной поверхности деформируемого тела и углы пересечения этой поверхности линиями скольжения. Для построения ячейки при выбранных на ней двух точках проводим к каждой из них две ортогональные прямые линии под углом 45° к поверхности. Одна из них является геометрическим местом положения центра кривизны, другая - направлением выхода линий скольжения одного из семейств. Используя далее свойство линий скольжения о пересечении осей симметрии и проводя прямые сначала в сторону оси, затем от нее в пересечении с геометрическим местом находим центр кривизны искомого участка линии скольжения, а расстояние от центра до выбранной на поверхности точки начала построения является радиусом кривизны. В первой краевой задаче возможны два варианта формы свободной поверхности и оба варианта рассмотрены.

Во второй краевой задаче известными являются две пересекающиеся линии скольжения обоих семейств. Для построения ячейки на известных линиях выбираем по точке и в каждой из них проводим касательные. Касательная является геометрическим местом положения центра кривизны, перпендикулярное к ней.направление в этой точке является направлением выхода искомой линии. Центр кривизны искомой линии находится на расстоянии радиуса кривизны, равного радиусу кривизны известной линии скольжения одного семейства плюс или минус расстояние от точки пересечения до выбранной точки на известной линии скольжения другого семейства. Во второй краевой задаче возможны три варианта, все варианты рассмотрены.

В третьей краевой задаче, являющейся частным случаем второй краевой задачи и имеющей особую точку, в которой сходятся, линии скольжения одного семейства, известными являются одна из этих линий и пересекающая ее на каком-то расстоянии от особой точки линия другого семейства. При построении ячейки необходимо провести еще одну линию скольжения первого. семейства, проходящую через особую точку. Для построения на заданной линии второго семейства выбираем точку и проводим касательную, как место положения центра кривизны. После соединения особой и выбранной точек и проведения

перпендикуляра в середине полученной прямой в пересечении с касательной получаем центр кривизны искомого участка. Радиусом кривизны является соответствующее расстояние. При построении сетки возможна веерная область из линий скольжения одного семейства, проходящих через особую точку. Установлено, что центры кривизны этих линий лежат на одной прямой линии. Это облегчает построение. Выведена формула для определения углового коэффициента названной прямой, позволяющего быстро построить ее.от центра кривизны первой заданной линии, являющейся началом веера.

В четвертой краевой задаче известными являются контактная поверхность и пересекающая ее линия скольжения какого-то одного семейства. Ячейка четвертой краевой задачи примыкает к контактной поверхности, поэтому при построении учитывается как ее форма, так и физическое состояние, влияющее на величину внешнего трения. С изменением величины трения изменяется угол пересечения линиями скольжения контактной поверхности. Построение ячейки начинается с выбора точки на известной линии скольжения, в которой проводим касательную и нормаль: геометрическое место центра кривизны и направление выхода из данной точки участка искомой линии. Затем с учетом угла пересечения искомой линией контактной поверхности проводим прямую, перпендикулярную направлению этого пересечения в предварительно найденной точке на контактной поверхности до пересечения с построенным ранее геометрическим местом. Таким образом находим центр и радиус кривизны искомого участка. В четвертой краевой задаче возможны шесть вариантов, все из которых рассмотрены.

Поскольку расчет по линиям скольжения сеязэн с изменением угла наклона от точки к точке, предложены формулы определения значений углов в исходных, выбранных для дальнейшего построения и построенных узловых точках каждой ячейки с учетом ее конфигурации. В формулы входят известные и принятые для ее построения данные. В первой краевой задаче это угол пересечения линиями скольжения свободной поверхности и центральный угол при ее центре кривизны. Во второй краевой задаче это угол в начальной точке и углы створа начальных участков известных линий.' Для облегчения пользования формулами второй' краевой задачи разработана криптограмма, которая учитывает варианты построения. В третьей краевой задаче с известным углом в особой точке определяется его приращение при построении одной из искомых веерных линий. Формула включает в себя данные о кривизне известных линий скольжения и углов створа участков линий. Исследованием формулы на изменение параметров устанавливается изменение приращения угла и разрыва напряжений в особой точке. В четвертой краевой задаче в формулу для

определения угла в конечной точке ячейки входит угол при центре кривизны контактной поверхности, если она не прямолинейна. Этот угол определяется формулами, разделенными на отдельные величиной контактного трения и включающими в себя радиусы кривизны контактной поверхности и известной линии -скольжения и угол пересечения ею контактной поверхности.

Проведенная проверка правильности построения по разработанным способам явилась оптимизацией самого процесса построения. Были установлены условия соблюдения корректности решения в соответствии со свойствами линий скольжения. Чтобы построенные участки в искомой узловой точке составляли прямой угол, что соответствует ортогональности линий скольжения, необходимо не превышать удаления выбираемых и начальных точек на известных линиях. В'каждой ячейке за исходное принимали совпадение линий скольжения и дуг окружности на определенном участке и отсюда выявлены расстояния по дуге или углы створа. Для практического пользования по уравнениям составлены графики оптимизации, по которым в зависимости от начальных данных выбираются параметры дальнейшего построения.

На основании проведенного комплекса исследований рекомендована однотипная последовательность построения ячеек сетки линий скольжения, которая представлена в виде блок-схемы.

Для автоматизации построения линий скольжения с использованием ЭВМ и графических редакторов разработаны математические модели ячеек четырех краевых задач. Математические модели позволяют геометрические запросы команд графического редактора заменить на технологические запросы с ответами на них через размеры заготовки и параметры инструмента. Математические модели позволяют создавать программы автоматизированного построения при использовании графического редактора "Автокад" и языка графического программирования "Автолисп" и тем самым команды редактора воплотить в одну команду построения требуемой области и комплекса областей. Для разработки математических моделей составлены расчетные схемы ячеек краевых задач. Математические модели включают в себя математические выражения начальной точки, угла поворота, центра и радиуса кривизны. При составлении математических моделей проведено исследование изменения размеров радиусов кривизны, положения центров кривизны, углов поворота (четвертая краевая задача) от параметров задачи, представленных графиками. Изменение названных величин влияет на положение конечных точек и тем самым на напряженно-деформированное состояние. • •

С учетом проведенной работы рекомендована методика автоматизированного построения линий скольжения, включающая в себя ал-

горитмы программных средств. Разработаны программы, позволяющие управлять графическим редактором.

Третья глава "Разработка полей линий скольжения и годографов скоростей для осадки с затеканием в противолежащие полости неравного размера" посвящена созданию аппарата для исследования рассматриваемого процесса. Процесс также, как и в случаях с затеканием в одну и две противолежащие равные полости мо'жет быть разделен на четыре стадии в зависимости от конечной высоты детали с выступами Нк в сравнении с высотой исходной заготовки Но. Стадия определяется поперечным размером большей полости при соответствующих отношениях его к ширине и высоте заготовки. В пределах' стадии меняется отношение затекания металла в большую и меньшую полости в зависимости от изменения соотношения их размеров.

Теоретическим и практическим подтверждением такой гипотезы является следующее. Допустим со стороны одной контактной поверхности при соответствующих размерах заготовки широкая полость подобрана так, что реализуется третья стадия, когда высота детали по выступам равна высоте заготовки, а со стороны противоположной контактной поверхности при тех же размерах заготовки узкая полость подобрана так, что реализуется четвертая стадия, когда высота детали по выступам больше высоты заготовки. Отсюда следует,. что скорость поступления металла в узкую полость должна быть больше скорости поступления металла в широкую полость. Понятие узкое и широкое относительны. Однако при осадке такой заготовки плитами с названными полостями поступления металла в узкую полость не наблюдали вовсе даже при значительной степени деформации по высоте. Хотя при раздельной осадке с односторонним или двухсторонним одинаковым по ширине полостей затеканием реализуются выявленные стадии, и в ту полость, в которую металл не поступал, в этих случаях поступает с достижением соответствующей высоты выступов и конечной высоты детали.

В соответствии со сказанным рассчитаны и построены поля линий скольжения, эпюры нормальных напряжений и годографы скоростей для каждой из четырех стадий процесса. Прй этом установлены и описаны кинематические схемы течения металла.

Сечение заготовки состоит из пластических областей, в которых распространяются сетки линий скольжения, и жестких зон в соответствии с концепцией жестко-пластического тела. Жесткие зоны движутся только вертикально. В пластических областях направление скоростей течения соответствует кинематическим схемам.

В первой стадии процесса размеры.обеих полостей таковы, что металл в них не поступает при любых размерах заготовки, то есуь происходит обычная осадка как между сплошными плитами. Поэтому

поле линий скольжения таково, что в середине заготовки имеют место две жесткие зоны, которые распространяются от углов заготовки и смыкаются в одной точке на вертикальной оси симметрии, где также смыкаются сетки линий скольжения, берущие свое начало при построении на свободных боковых поверхностях.

Один случай осадки отличается от другого только состоянием контактного трения, которое может меняться от предельного минимального через промежуточное до предельного максимального или наоборот. При минимальном трении, соответствующим его отсутствию, поле линий скольжения представляет собой сетку ортогональных прямых линий, пересекающих контактные поверхности под углом 45°. В других случаях линии скольжения, кроме примыкающих к прямолинейной боковой поверхности, криволинейные, пересекающие контактные поверхности под углами 0°£45°s90°, что соответствует их свойствам. Исходя из этих свойств и геометрии заготовки выведена . формула для определения радиуса кривизны начальных криволинейных линий аир, берущих начало в точке их пересечения на горизонтальной оси. Эта формула в предельных случаях дает очевидные значения: трение min - R=oo, линии скольжения прямые, угол пересечения 45°; трение гаах - R"V2(H/2), линии скольжения кривые, угол пересечения 90°. Представленные графики облегчают определение названных радиуса и угла в зависимости от значения трения. Такая постановка в отношении начального радиуса позволила скорректировать известное поле линий скольжения для осадки с промежуточным трением, приведя его в соответствие с положением о непрерывном последовательном увеличении нормального напряжения от края заготовки к середине.

Одним из случаев является осадка с неодинаковым трением на разных контактных поверхностях. Такой случай может иметь место в практике, может быть использован для регулирования локального формоизменения, является предпосылкой для определения кривизны боковой поверхности и основой построения сеток линий скольжения для других стадий рассматриваемого процесса осадки. В работе построены поля линий скольжения и годографы скоростей для осадки с такими вариантами контактного трения на противоположных поверхностях: шах - min, шах - промежуточное трение, разное промежуточное трение. Установлено, что горизонтальная ось, где касательное напряжение равно нулю, смещается в сторону контактной поверхности с меньшим трением. Исходя из условия определения касательных напряжений на контактной поверхности и принятого закона распределения их внутри заготовки выведена формула для определения положения' горизонтальной оси с касательным напряжением равным нулю.

Годографы скоростей указывают на несимметричность формоизменения боковой поверхности. При необходимости уточнения углов.наклона и створа вееров в связи с несимметричностью бочкообразова-ния предложены и обоснованы математические зависимости.

Во второй стадии процесса размеры полостей и заготовки таковы, что металл поступает в полости, но в большей степени перемещается к периферии. Поэтому поле линий скольжения таково, что две жесткие зоны, смыкающиеся в одной точке на вертикальной оси симметрии, ограничены линиями скольжения, выходящими на кромки полостей, а сетки линий скольжения также смыкаются в той же точке и берут свое начало при построении на свободных боковых поверхно-' стях.

При осадке с затеканием в противолежащие полости неравного поперечного размера неодинаковыми оказываются и площади верхней и нижней контактных поверхностей. Однако необходимо исходить из условия феноменологического равновесия деформируемого тела. Чтобы тело находилось в равновесии, то есть система была неподвижной, усилие и сверху, и снизу 'должно быть одинаковым. Поэтому равными должны быть площади эпюр нормальных напряжений ау, построенных по верхней и нижней контактным поверхностям. Площадь эпюры, равная произведению величины напряжения на длину, контактной поверхности, в данном случае подразумевает уменьшение напряжения при увеличении длины границы. Это в свою очередь предопределяет уменьшение угла пересечения линиями скольжения контактной поверхности, что соответствует уменьшению контактного трения. В свою очередь это показывает, что коэффициент ц, трактуемый как коэффициент трения, учитывающий шероховатость, имеет более широкий смысл, включающий в себя в том числе и- шероховатость. Можно предположить, что значение ц для второй из контактных поверхностей во время осадки с затеканием в неравные противолежащие полости при фиксированном значении его на одной из поверхностей выбирается самой системой для сохранения равновесия. Предположение о такой закономерности согласуется с гипотезой о многих факторах, влияющих на состояние внешнего трения, выдвигаемой авторами подробно изучающими это явление..

Составим систему из трех уравнений, в правой части которых записаны выражения площадей названных эпюр по контактным поверхностям и срединной горизонтальной линии. Решая одно из этих уравнений с каждым из других с привлечением нормальных напряжений в узловых точках, ограничивающих жесткие зоны, получаем два выражения для нормальных напражений в точке на вертикальной оси контакта пластических областей и жестких зон. В свою очередь решая их совместно получаем выражение для угла наклона линии сколь-

йения а к оси х, что определяет угол наклона линий скольжения и состояние трения на противоположной контактной поверхности при известном или заданном на одной из них. Математические зависимости для удобства практического использования при разных соотношениях размеров полостей и одного из фиксированных состояний контактного трения представлены графиками.

Поля линий скольжения построены для максимального известного трения и промежуточного известного трения на одной из контактных поверхностей с определением величины этого трения на противоположной контактной поверхности.

Годографы скоростей построены с учетом разрыва на участках, ограничивающих жесткие зоны. Это означает, что построение по условию ортогональности линий скольжения и линий годографа на отдельных участках не возможно. Поэтому там при построении исходили из кинематических граничных условий направления горизонтальной составляющей перемещения характерных точек сечения и условия положительности диссипации энергии деформирования, по которому точка отстающая дальше от середины заготовки в направлении возможного перемещения движется быстрее чем точка находящаяся ближе к середине заготовки.

В третьей стадии процесса размеры полостей и заготовки таковы что наступает относительное равновесие между поступлением металла в полости и перемещения его к периферии. Поэтому поле линий скольжения таково что в середине заготовки между полостями имеет место одна жесткая зона, и линии скольжения, ограничивающее ее и пластические области, берущие свое начало при построении на свободных боковых поверхностях, проходят через точки на кромках полостей и горизонтальной оси, где касательные напряжения равны нулю.

Составим также систему из трех уравнений, в которой первые два представляют приравненные к нулю суммы сил, действующие в жесткой зоне в направлении осей х и у, а третье представляет равенство площадей эпюр нормальных напряжений оу на верхней и нижней контактных поверхностях. Решая до определенного момента каждое из первых двух уравнений в отдельности и затем подставляя полученные значения в третье уравнение получаем выражение для угла у наклона линии а к оси х, что определяет угол наклона линий скольжения и состояние трения на противоположной контактной поверхности при известном или заданном на одной из них. Математические зависимости для удобства практического использования при разных соотношениях полостей и .одного из фиксированных состояний контактного трения представлены графиками.

Поля линий скольжения построены для максимального известного трения и промежуточного трения на одной из контактных поверхностей с определением величины этого трения на противоположной контактной поверхности.

Годографы скоростей построены с учетом разрыва на участках, ограничивающих жесткую зону. При невозможности использования условия ортогональности между линиями скольжения и линиями годографа на отдельных участках удовлетворяли кинематическим граничным условиям и условию положительности диссипации энергии деформирования.

В четвертой стадии процесса размеры полостей и заготовки таковы, что металл в суммарном исчислении интенсивно поступает в полости за счет движения части металла из фланцевой части в срединную. В этот момент во фланцевой части появляется вертикальная граница, разделяющая потоки течения к периферии и к середине заготовки. Одновременно с этим в середине заготовки появляется горизонтальная граница, разделяющая поток, движущийся внутрь, на потоки, направленные к верхней и нижней полостям. Поэтому сечение тела, в котором рассматривается поле линий скольжения, включающее жесткие зоны и пластические области, в последних состоит из нескольких сеток, берущих свое начало при построении' от свободных поверхностей: боковой, верхней и нижней полостей. Сетки контактируют в точках на названных границах раздела течения. В точках контакта равны компоненты тензора напряжений и углы наклона, линии скольжения а к оси х.

Чтобы построить поле по сечению заготовки необходимо рассчитать положение характерных точек сетки- линий скольжения: особых на краях заготовки и полостей, контакта отдельных сеток, перехода прямолинейных участков в криволинейные и выхода на контактные поверхности. Координаты х и у этих точек определяются составлением и решением уравнений исходя из свойств линий скольжения, размеров заготовки и геометрии инструмента с учетом граничных условий и равновесия локальных мест заготовки, занимаемых жесткими зонами. Таким образом выведены формулы для' определения углов створа вееров при кромках неравных по размеру полостей для затекания, координаты концов радиусов кривизны, определяющих эти вееры, найдено положение точки контакта пластических областей при разделении течения металла вверх и вниз, найдено положений крайней точки срединной жесткой области, от которой начинается сетка, контактирующая с сеткой берущей начало от свободной боковой поверхности, определено положение этой точки контакта. Такой расчет уменьшает трудоемкость при построении линий скольжения и является 'основой для составления программ их автоматизированного

построения с использованием графических редакторов, совместимых с современными ЭВМ. Выведенные математические зависимости для облегчения построения пересчитаны и представлены в виде графиков, характеризующих изменение искомых параметров с изменением соотношения размеров полостей и размеров заготовки.

Рассчитанные и построенные эпюры нормальных напряжений ау по противоположным контактным поверхностям согласно предложенному полю линий скольжения по площади равны между собой.

Годограф скоростей, отвечающий каждой сетке поля и полностью удовлетворяющий ортогональности его линий линиям скольжения, показывает подтверждая закон наименьшего сопротивления, что скорость поступления металла в более широкую полость больше скорости поступления металла в более узкую полость.

Разработанные и рассчитанные для построения, поля линий скольжения проверены на корректность их полному' решению теории линий скольжения, по которому полю линий скольжения удовлетворяют соответствующие граничным условиям эпюры нормальных напряжений и удовлетворяют годографы скоростей, соответствующие их ортогональности линиям скольжения, в то же время проверенные по положительности диссипации энергии деформирования и условию несжимаемости.

Четвертая глава "Исследование операции осадки с затеканием в полости" приводит методику и результаты исследований по силовому режиму деформирования, кинематике течения и локального формо-, изменения.

Проведены теоретические и экспериментальные исследования.

Теоретические исследования основаны на разработанных полях линий скольжения, построенных эпюрах нормальных напряжений и годографах скоростей. >

Методика расчета и исследования силового режима состоит в следующем. Находим площадь эпюры, представляющей собой плоскую фигуру, ограниченную одной горизонтальной, двумя вертикальными и сверху криволинейной линиями. Выражая кривую соответствующим уравнением у=Г(х), интегрируя его в пределах распространения кривой и деля на длину контактной границы определяем удельное усилие деформирования. Произведение удельного усилия и площади контакта заготовки с инструментом составляет усилие осадки.

Установленные четыре стадии процесса с характерным для них перемещением металла и построенные для каждой стадии на основании полей линий скольжения эпюры позволяют-выявить и выразить уравнениями кривые, ограничивающие эти эпюры. Кроме различия уравнений от стадии к стадии они еще различаются внутри каждой

стадии в зависимости от состояния контактного трения. Состояние контактного трения, одинакового или разного на противоположных контактных поверхностях учитывается входящим в уравнения коэффициентом ц. отчего кривые при большем ц круче, при меньшем ц по-ложе и при неравных полостях положе на большей й круче на меньшей границах контакта удовлетворяя условию равновесия. В четвертой стадии процесса при составлении уравнений отражено максимальное увеличение нормальных напряжений во фланцевой части на границе раздела течения металла к периферии и центру заготовки.

Таким образом составлением уравнений, интегрированием их и проведением соответствующих преобразований выведены формулы для определения удельных усилий, имеющих место при различных случаях деформирования с затеканием в полости. Расчеты по формулам представлены графиками, показывающими зависимость удельного усилия от соотношения размеров полостей при фиксированных размерах заготовки.

Методика исследования кинематики течения основана на установлении по линиям скольжения и годографам скоростей направления и величины перемещения металла на кромках заготовок в верхней и нижней полостях осаживающих плит. При исследовании принято, что верхняя полость узкая (ЬВ=ЬУ), нижняя - широкая (Ьн^Ьщ).

Составленные схемы по стадиям процесса позволяют выразить скорости перемещения верхней и нижней кромок через скорость перемещения верхней подвижной плиты ти и коэффициенты К. Анализом установлено, что коэффициент для верхней кромки Кв уменьшается, а для нижней кромки Кн увеличивается при переходе от первой стадии до четвертой, при этом в третьей стадии КВ=КН. Исходя из краевых предпосылок, согласно которым при равенстве нулю поперечного размера верхней полости затекания в нее нет, а при равных размерах верхней и нижней полостей затекание одинаково, построены диаграммы изменения коэффициентов с изменением "отношения размеров полостей. На диаграммах несколько пар взаимосвязанных линий, показывающих ___изменение коэффициента Кв в зависимости от изменения коэффициента Кн, в свою очередь зависящего от размеров заготовки и геометрии инструмента.

Таким образом, по установленной скорости перемещения металла в нижней полости определяется скорость перемещения металла в верхней полости. А поскольку в фиксированную единицу времени расстояние равно скорости, то Ьн^н^Кн'У,, и Ъвг<Т)и-Юв=(&и-КвгОи, то есть по абсолютной степени деформации заготовки по высоте ДН (Ф„=ЛН) определяется высота каждого выступа. На основании этого составлены графические зависимости формоизменения Ь„/Ь5 (Ьу/Ьщ), которые выражены формулами практического нахождения высоты каждого Еыетупа.

- 'Для четвертой стадии процесса, являющейся наиболее предпочтительной для оформления высоких выступов при меньшей степени деформации, формулы для определения высот выступов и их взаимного соотношения выведены из совместного рассмотрения годографа скоростей и поля линий скольжения. Так как сетки линий скольжения поля начинаются и распространяются от всех свободных поверхностей заготовки, то построенный годограф показывает направление и величину скоростей перемещения металла в том числе и в каждую из полостей. Выражая скорости вертикального перемещения через другие параметры годографа и в свою очередь выражая их через параметры поля линий скольжения, связанными с размерами заготовки и полостей, получаем искомые формулы.

К локальным видам формоизменения отнесены непрямолинейное деформирование боковой поверхности и утяжина на противоположной торцевой поверхности при одностороннем затекании.

■ В первом случае исходим из условия, согласно которому на контактной поверхности трение максимально, из возможного имеющего место быть при данных чистоте обработки инструмента и размерах контакта и пропорционально уменьшается внутрь до нуля к середине заготовки. Построение нескольких сеток линий скольжения для осадки с фиксированным коэффициентом трения на одной из контактных поверхностей и коэффициентом трения от нулевого значения через промежуточные до названного фиксированного на другой контактной поверхности позволяет проследить за возможным искривлением свободной боковой поверхности при осадке с одинаковыми коэффициентами трения на обоих контактных поверхностях. Совместимые с сетками линий скольжения годографы скоростей показывают величину горизонтальной составляющей скорости перемещения точек на боковой поверхности при нулевом трении, что соответствует середине заготовки, и при фиксированном контактном трении, что соответствует выбранному горизонтальному слою в заготовке. И так по годографам находим величину горизонтальной составляющей точек боковой поверхности по всей высоте заготовки, что и показывает ее возможное искривление. Полученные результаты для первой стадии осадки совпадают с ранее известными сведениями, что указывает на правомерность примененного подхода. Для осадки с затеканием в полости полученные результаты показывают несимметричность бокового формоизменения. Проведенное исследование позволило предложить способ регулирования формы боковой поверхности при осадке с затеканием в неравные полости путем принудительного изменения трения на одной из контактных поверхностей.

Во втором случае исходим из выявленной правомерности применения условий осадки с двухсторонним затеканием в неравные поло-

сти для устранения возможных дефектов при одностороннем затекании. В момент осадки с затеканием в одностороннюю полость в четвертой стадии при достижении высотой фланцевой части заготовки значения половины поперечного размера полости и далее на противоположной образующемуся выступу торцевой стороне появляется утяжина, то есть углубление металла внутрь получаемой детали. Установлено, что в этот момент скорость перемещения вниа нижней кромки выступа значительно больше скорости перемещения верхней подвижной плиты, что приводит в локальном месте верхнего торца над выступом к направлению перемещения металла вниз со скоростью, большей скорости верхней плиты.

В то же время при исследовании кинематики течения обоих кромок металла в полостях при двухстороннем затекании установлено, что при некоторых соотношениях размеров полостей скорость верхней кромки по направлению и величине равна скорости перемещения верхней плиты. Разработано поле линий скольжения и построен совместимый с ним годограф скоростей, по которому скорость перемещения верхней кромки заготовки равна скорости перемещения верхней плиты, то есть нет образования верхнего выступа, но и нет образования впадины. Совместным рассмотрением годографа скоростей и поля линий скольжения определены размеры верхней узкой полости, при которой осадка с двухсторонним затеканием реализуется как осадка с односторонним затеканием. Проведенное исследование позволило предложить способ предупреждения образования утя-жины при получении одностороннего выступа осадкой на нижней плите с полостью верхней плитой с соосной узкой полостью с соответствующим поперечным размером этой полости.

Экспериментальные исследования включили в себя металлографическое обнаружение полей линий скольжения, осадку слоистых образцов для подтверждения кинематики течения и поэтапную осадку однородных образцов с замерами высот выступов, характеризующих формоизменение.

Для экспериментального обнаружения полей линий скольжения использовали способ травления шлифов, полученных после разрезки деформированных образцов. В качестве материала образцов использовали армо-железо, наиболее приемлемое для выявления линий скольжения при травлении шлифов. Относительные размеры образцов и геометрия инструмента соответствовали каждой из четырех стадий рассматриваемого процесса. Деформирование осадкой проводили в холодном состоянии. Установлено, что наиболее благоприятной является относительная степень деформации е=Ю,01 (1%). Перёд деформированием проводили термообработку образцов для получения мелкозернистой структуры, а после деформирования проводили старение в пе-

чи..В-качестве реактива для травления шлифов использовали разбавленную водой смесь хлорной меди и соляной кислоты. Представленные фотографии показывают соответствие теоретически разработанных полей линий скольжения экспериментально обнаруженным в сечениях деформированных образцов.

Для осадки слоистых образцов их изготавливали из цветного пластилина. Раскатывали пластины определенной равной толщины и укладывали одна на одну чередуя светлые и темные цвета. Затем из такой заготовки вырезали образец. Размеры образцов и полостей осаживающих плит выбирали так, что отношения широкой полости к ширине и.высоте образца соответствовали каждой из.четырех стадий рассматриваемого процесса. В пределах исходной стадии меняли отношение- узкой полости к широкой, при этом размер узкой полости не всегда соответствовал данной исходной стадии. Полости в плитах выполняли расширяющимися от контактной поверхности, что исключало трениё материала образцов о стенки полости. Осадку проводили до начала образования верхнего узкого выступа. Результаты представлены фотографиями. Показано, что стадия процесса определяется размером широкой полости при соответствующих отношениях. его к ширине и высоте образца.

Для поэтапной осадки использовали свинцовые образцы. Осадку проводили на плитах с соосными противолежащими полостями неравного поперечного размера. Полости в плитах выполняли расширяющимися от контактной поверхности. Образцы подбирали так, что начальное отношение широкой полости к ширине и высоте, самого образца соответствовали стадиям процесса, когда НК<Н0, Н„-Но, Нк>К0. В пределах начальной стадии меняли отношение размеров полостей. Осадку проводили поэтапно в интервале .относительных степеней деформации е=0,1....0,7 (10% ... 70%). После каждого этапа образец вынимали из штампа и проводили замеры. Затем образец снова устанавливали в штамп и йрсдолжали осадку. По замерам исследовали зависимость высоты выступов от соотношения размеров полостей и степени деформации. Выявленные зависимости представлены в виде графиков. Результаты подтверждают теоретические исследования и показывают уменьшение разницы высот выступов с увеличением узкой полости, а также показывают, что эта разница в зависимости от стадии меняется и для низких образцов практически одинакова.

Пятая глава "Разработка и исследование технологических приемов штамповки деталей с торцевыми выступами" показывает возможности технического осуществления и прогрессивную реализацию процесса осадки с затеканием в полости при получении деталей с торцевыми выступами.

Технической задачей осадки с затеканием в полости является фиксация заготовок и удаление отштампованных деталей.

Разделим процесс по виду исходного материала на штамповку в . полосе и штамповку из штучной заготовки.

Штамповка в полосе предполагает последовательную штамповку переходами по позициям. В данном случае на одной позиции осуществляется формовка торцевых выступов или многообразного рельефа, на последующей - отделение вырезкой из полосы готовой детали с оформлением контура. Для координации выступов и контура необходима точная фиксация на позиции отделения - вырезки. Это достигается тем, что на позиции осадки ограничивают течение металла в выбранном месте самого широкого уширения с образованием базовых пазов, которые на позиции вырезки используют для точной фиксации полосы относительно рабочих частей штампа, отделяющих деталь.

Для реализации способа разработан штамп последовательного действия. При описанной технологии штамповки необходимы прижим полосы к матрице и съем ее с пуансонов и фиксаторов-ловителей. Однако после осадки на позиции вырезки первыми к полосе с базовыми пазами подходят фиксаторы этой позиции. Поэтому для обеспечения подхода фиксаторов раньше пуансона и обеспечения съема полосы как с фиксаторов, так и с пуансона в штампе предусмотрены два амортизатора: сверху и снизу прижима-съемника, при этом между верхним резиновым амортизатором и пуансонодержателем выполняется зазор, который выбирается при ходе ползуна пресса вниз, тем самым приближение фиксаторов опережает приближение пуансона. При ходе вверх нижние пружинные амортизаторы поднимают съемник на высоту съема полосы с удерживающих ее деталей штампа, а сам съемник в заданном верхнем положении удерживается головками спецвинтов, центрирующих пружины. При этом ограничители металла, образующие базовые пазы, выполнены заодно с пуансоном осадки.

При штамповке из штучной заготовки применение жестких штифтовых фиксаторов и фиксаторов в виде реек или фигурных трафаретов невозможно из-за их неподвижности, препятствующей растеканию металла при осадке.

Эта задача решается разработкой и использованием подвижных фиксаторов.

Одним из вариантов решения являются утопающие фиксаторы. Отдельно взятые, продолжительные по длине или замкнутые по контуру фиксаторы выполняются на вертикальных стержнях и выступают под действием пружин над зеркалом матрицы. Такое положение обеспечивает траверса, связанная с верхней плитой штампа. Заготовка устанавливается касаясь внешним контуром фиксаторов. При ходе ползуна пресса вниз траверса опускается, пружины распрямляются и

фиксаторы опускаются заподлицо с матрицей. Металл при осадке заполняет полости и растекается к периферии. При ходе вверх траверса поднимаясь воздействует на стержни и фиксаторы уже выполняют роль выталкивателей поднимая отштампованную деталь над зеркалом матрицы. «

Другим из вариантов решения являются раздвигающиеся фиксаторы. Здесь Ь-образные фиксаторы выполняются в виде подпружиненных ползушек, скользящих по зеркалу матрицы в направляющих. Исходное положение ползушек определяется горизонтальными пружинами сжатия. Заготовка устанавливается касаясь внешним контуром фиксаторов. При ходе ползуна пресса вниз клиновые, механизмы, связанные с верхней плитой штампа, воздействуют на наклонную поверхность пблзушек и отодвигают их в стороны с освобождением места вокруг заготовки. В этот момент вступают в действие перпендикулярно расположенные упоры. Под действием пружин они выступают вперед и предупреждают самопроизвольное возвращение ползушек в исходное положение. К этому моменту пуансон подходит к заготовке. Проводится осадка. При ходе вверх пуансон отходит от отштампованной детали. Деталь удаляется. Клиновые механизмы верхней плиты, поднятые вверх, освобождают ползушки. С помощью предусмотренной траверсы от ползушек отводятся упоры и они под действием пружин возвращаются в исходное положение.

Точной координацией торцевых выступов с внешним контуром детали является штамповка с одного установа, когда вслед за пуансоном осадки к детали подходит матрица вырезки. Однако для осуществления этого приема необходимо обеспечить остановку осаживающего пуансона при достижении требуемой высоты фланцевой части детали и его выстой на время рабочего хода матрицы вырезки. Здесь матрица осадки является пуансоном вырезки. Работа в названном режиме достигается тем, что пуансон осадки и матрица вырезки смонтированы на неподвижной поперечине штампа, установленной на его нижней плите. При ходе ползуна' пресса вниз верхняя плита штампа через систему клиновых механизмов воздействует на пуансон. Рассчитанные углы и расстояния механизмов позволяют в требуемый момент остановить пуансон и удерживать его в неподвижном положении прижимая поковку. В это время'верхняя плита подходит к толкателям и через них воздействует на матрицу.' При ходе вверх пружинные амортизаторы отводят клиновые механизмы и толкатели. Толкатели при обратном 'движении поднимают в исходное положение матрицу, которая в свою очередь одновременно поднимает в исходное положение связанный с ней пуансон. Этот прием используется как при штамповке из штучной.заготовки, так и при штамповке в полосе.

При штамповке осадкой, когда не■предъявляется специальных требований к контуру детали и он оформляется обработкой давлением расставленными внешними ограничителями течения, для съема детали, удерживаемой в штампе этими ограничителями, разработан прием опускания нижней осаживающей плиты перед непосредственным деформированием заготовки до контакта с нижней плитой штампа, при этом нижняя осаживающая плита перемещается по ограничителям как по направляющим. Возвращаясь в исходное положение сама же нижняя осаживающая плита поднимает и снимает отштампованную деталь с ограничителей, которые в начальном положении по высоте выполнены заподлицо с ней.

Рассматривая вопрос интенсификации процесса разделим его на два: интенсификация путем местного искусственного увеличения степени деформации и интенсификация путем одновременного деформирования нескольких заготовок. В первом случае повышается точность и качество получаемых деталей, во втором увеличивается производительность получения этих деталей.

На основании исследования течения металла и формоизменения заготовок по стадиям процесса осадки с затеканием в полости установлено, что чем выше заготовка, тем больше металла вытекает через •боковую поверхность и меньше затекает в полости. Поэтому при получении многоребристых панелей ввиду различного течения и формоизменения крайние ребра меньше по высоте по сравнению с ребрами, близкими к середине. Для исключения этого недостатка вводится промежуточный переход осадки с получением полуфабриката с высотой, меньшей в середине по сравнению с высотой на периферии. На окончательном переходе осадки металл растекается к периферии и затекает в полости, образуя искомый профиль детали: плоское полотно й торцевые ребра. Так как высота полуфабриката увеличивается от центра к периферии, то это обеспечивает постепенное увеличение глубины заполнения полостей в осаживающих плитах при движении от периферии и получение ребер одинаковой высоты, исключая недостаток, свойственный осадке только плоскопараллельными плитами. При изготовлении деталей с выступами на одном торце получают полуфабрикат с односторонним углублением в центре, при изготовлении деталей с выступами на обоих торцах получают полуфабрикат с двухсторонним углублением в центре. Разработаны рекомендации по выбору ширины полуфабриката из разницы высот его периферийной и центральной частей. С учетом упомянутых исследований смещением центра заготовки от оси осадки штампуются детали с выступами равной высоты, но разной ширины и детали с выступами равной ширины, но разной высоты.

-На основании технического решения задачи осадки заготовок, уложенных стопкой, предложен технологический прием получения плоских деталей с торцевыми выступами с увеличением производительности за счет штамповки большего количества деталей за один ход деформирующего оборудования. Способ заключается в разграничении степеней деформации нескольких заготовок, уложенных в чередовании с осаживающими плитами с одинаковыми и разными полостями, при одном и том же ходе'ползуна пресса. То есть при достижении на одной из позиций осадки требуемой высоты полотна детали деформирование в этом месте прекращается, в то время как деформирование на других позициях продолжается. Установка заготовок и съем готовых деталей проводится независимо позиции от позиции. Устройство для осуществления способа снабжено упругими и жесткими элементами, установленными на каждой позиции осадки. Упругие элементы, подпружинивающие осаживающее п'даты, по высоте превышают высоту заготовок и общую - высоту, отштампованных деталей с выступами. Жесткие элементы имеют рабочую высоту, равную высоте полотна деталей и выполняются регулируемыми по высоте с помощью сменных ограничителей.

Приведенные результаты технологических исследований отражают общие вопросы проектирования процессов и конструирования инструмента. Кроме этого в работе приведены разработки, касающиеся более узкого круга деталей: подбор состава и способа нанесения смазки и компенсация упругой деформации плит при осадке особо-тонких пластин, снижение концентрации напряжений в штампах, быстрая установка и смена исполнительных деталей штампов, даны рекомендации по диапазонам и параметрам наиболее эффективного использовании.

Шестая глава "Осадка с затеканием в полости при трехмерном течении" является воспроизведением результатов практического распространения осадки с затеканием в-полости для получения полых деталей, имеющих торцевые выступы, с гладким или профилированным внутренним и наружным контурами.

В начале главы представлены фотографии экспериментальных полей линий скольжения, макроструктуры шлифов и искаженной координатной сетки в сечении' полых образцов, деформированных в условиях осадки с затеканием в полости. Фотографии показывают сходство кинематики течения сплошных и полых заготовок. Поэтому результаты и выводы проведенных исследований могут быть применены к штамповке деталей с многосвязным контуром.

При разработке технологических приемов и штамповой оснастки, реализующими процесс, учтено, что кроме заполнения полостей частей штампа, осаживающих, заготовку, металл профилируется внут-

ренней и наружной поверхностями и этим продольным профилем удерживается в штампе. В работе решены вопросы выталкивания и съема детали без искажения ее формы. Центрирование заготовки облегчается установкой ее по оправке фиксированием.внутренней поверхностью. Штамповка осуществляется как в холодном, так и в горячем состоянии в зависимости от механических свойств металла заготовок.

При удерживании детали в штампе обоими боковыми поверхностями после рабочего хода пуансона и подъема его вверх ступенчатая оправка, ступень которой является частью нижней осаживающей плиты, поднимает деталь вверх выталкивая ее из матрицы-контейнера. Затем после размещения технологической вилки со стороны нижней плоскости детали с опорой на матрицу и технологического стержня со стороны верхней плоскости оправки воздействием пуансона на стержень опускают оправку тем самым снимая с нее деталь и устанавливая в начальное положение. После удаления отштампованной детали снова устанавливается заготовка и штамповка повторяется.

Для облегчения очистки нижних формоизменяющих частей штампа от возможной окалины и остатков смазки оправка устанавливается неподвижно на нижней плите штампа, а скользящие друг по другу и подпружиненные пуансон и матрица-контейнер связаны с верхней подвижной плитой штампа. В момент осадки заготовки оформляются торцевые выступы и профиль наружной поверхности, при этом на внутренней поверхности путем радиального затекания образуются технологические отростки. При ходе вверх поднимаются пуансон и матрица-контейнер, поковка отростками удерживается на оправке. Затем приводится в действие предусмотренная полая деталь штампа, являющаяся частью нижней осаживающей плиты, которая двигаясь вверх снимает отштампованную деталь с оправки. При съеме детали отростки срезаются, через вертикальную полость оправки падают вниз и удаляются по сквозному наклонному пазу.

С увеличением абсолютных размеров штампуемой детали из деталей штампа более всего увеличиваются поперечные размеры матрицы-контейнера. Для облегчения ее изготовления матрица выполняется составной из секций. Две секции образуют полость для радиального оформления части наружного профиля. Полости для образования радиальных технологических отростков выполняются извне относительно заготовки, что облегчает их удаление после отделения. Заготовка устанавливается в фиксацией по наружному контуру. Внутренняя оправка выполняется подвижной и для этого закрепляется на верхней плите штампа. После штамповки при отходе оправки и пуан-

сона отштампованная деталь снимается с них, а затем выталкивается вверх из матрицы.

Технологический прием проталкивания отштампованной детали по направлению осадки осуществляется использованием матрицы-контейнера,* установленной в нижней части штампа, неподвижной перед и в момент штамповки, и поднимающейся вверх после штамповки. Поднятая на высоту отштампованной детали с выступами матрица удерживается в этом положении поднимающим ее механизмом и повторным ходом вниз пуансон выталкивает отштампованную деталь. Матрица опускается вниз, снова устанавливается заготовка, штамповка повторяется.

При изготовлении деталей с торцевыми выступами, с гладким наружным контуром и ступенчатой внутренней поверхностью разработан способ двухэтапной осадки полой заготовки. Осаживающие плиты имеют полости, а оправки по которым оформляются внутренние поперечные ступени расположены в верхней и нижней частях штампа. По вариантам оправки могут входить друг в друга. По оправкам устанавливается заготовка. При осадке металл растекается наружу, внутрь и движется аксиально п полости. После совершения рабочего хода оправки, перемещаясь вертикально, утопают в плитах, освобождая отштампованную деталь.

При штамповке деталей с торцевыми выступами и имеющими внутренние и наружные продольные профили и поперечные ступени на части своей высоты заготовка устанавливается внешней частью нижней плоскости на полый выталкиватель с предварительной фиксацией по верхней ступени неподвижно закрепленной в штампе оправки. При ходе ползуна пресса вниз пуансон воздействуя на заготовку опускает ее вместе с подвижным выталкивателем. После окончательной фиксации и касании внутренней частью нижней плоскости заготовки следующей ступени оправки проходит осадка. Названная ступень оправки и выталкиватель являются нижней плитой осадки. При ходе вверх выталкиватель освобождает отштампованную деталь от наружного и внутреннего удерживания. Данный технологический прием штамповки позволяет для определенной группы деталей значительно сократить трудоёмкость изготовления пггампового инструмента путем почти полной унификации его деталей.

Экономичное использование полых заготовок Связано с номенклатурой выпускаемых трубных профилей. Поскольку при изготовлении осадкой рассматриваемых деталей с плоским полотном требуются толстостенные заготовки даже с учетом стадий процесса и возможность» изготовления иэ высоких заготовок с регулированием степени деформации и с возможным не совпадением расчета толщины стенки заготовки со стандартом, то можно считать эффективным применение в

качестве исходной толстолистовой полосовой заготовки. Мерную полосу-заготовку изгибают в кольцо в направлении ее ширины, предварительно спрофилировав при вырезке концы с возможностью захода их друг в друга. Затем осадкой на оправке лолученного кольца-полуфабриката производится жесткое скрепление стыка сваркой давлением и оформление с помощью затекания в полости торцевых поверхностей.

Разработанные способы и устройства проанализированы по диапазонам и параметрам и даны рекомендации их наиболее эффективного использования.

Заключение. 1. К большой группе деталей многих различных изделий относятся детали с плоским полотном и торцевыми выступами. Эффективным способом их изготовления является осадка с затеканием в полости.

2. Известно, что процесс осадки с затеканием в Одностороннюю и двухсторонние противолежащие одинаковые полости в общем случае может быть разделен на четыре стадии в зависимости от общей высоты детали с выступами в сравнении с высотой исходной заготовки.

3. Изучение осадки с затеканием в двухсторонние противолежащие неодинаковые полости имеет самостоятельное актуальное значение и дополняет предыдущие исследования с большим практическим применением.

4. Наибольшие результаты при изучении осадки с затеканием в полости, имеющей нестационарный характер с разделением потоков металла, достигаются при использовании в качестве теоретического, метода линий скольжения.

5. Для дальнейшего развития метода и более совершенного его применения разработаны способы геометрически точного построения линий скольжения, отвечающих своим уравнениям. На базе четырех краевых задач теории линий скольжения предложены и отработаны способы построения ячеек, в которых определены напряжения и направления скоростей. Оценены параметры ячеек и возможные диапа-зйны их изменений в соответствии со свойствами линий скольжения. Рассмотрены и оценены различные практически встречающиеся случаи построения,'зависящие от начальных условий, формы и условий трения. Разработанная блок-схема позволяет определить корректную последовательность переходов от этапа к этапу построения.

6. Проведенное исследование позволило создать математические модели ячеек линий скольжения, что является предпосылкой их автоматизированного построения. Показана возможность и разработаны варианты такого построения с использованием современных персональных ЭВМ, графического редактора "Автокад" и языка графического программирования " Автолисп".

-7. Аппаратом теоретического исследования рассматриваемого процесса осадки являются поля линий скольжения. Поля ^иний скольжения отражают кинематику течения и напряженное состояние в сечении заготовки и при принятой концепции жесткопластического тела состоят из сеток линий скольжения, чередующимися с жесткими зонами. Характер поля линий скольжения соответствует стадии процесса. Установлено, что при осадке с затеканием в неравные противолежащие полости стадия процесса определяется поперечным размером более широкой полости с распределением затекания в соответствии с соотношением полостей.

8.'При разработке полей линий скольжения выявлено независи-. мое изменение контактного трения на одной из торцевых поверхностей заготовки и влияние его на построение в связи с изменением соотношения полостей. Построены поля линий скольжений для всех стадий, в которых различно перемещение металла в разных местах заготовки. Для увеличения производительности и уменьшения трудоемкости построения выведены математические формулы для определения основных параметров построения.

9. По формулам, связывающим углы наклона линий скольжения и напряжения рассчитаны и построёны эпюры нормальных напряжений, построены годографы скоростей к каждому разработанному полю линий скольжения. Построенные годографы скоростей совместимы с полями линий скольжения и отвечают предъявляемым к ним требованиям. Для второй и третьей стадий процесса построены разрывные годографы."

10. С использованием разработанного аппарата проведены теоретические исследования силового режима, кинематики течения и локального формоизменения. На основании интегрирования уравнений, описывающих эпюры нормальных напряжений, выведены формулы для расчета удельного усилия деформирования по стадиям процесса и показано изменение его в зависимости от соотношения размеров полостей. Установлена кинематика течения и даны зависимости изменения скоростей поступления металла в полости по стадиям и по соотношениям размеров полостей. Разработана методика и исследовано изменение формы боковой поверхности путем последовательного построения линий скольжения для осадки с разными условиями трения на противоположных контактных поверхностях. На основании уста-новленой кинематики разработано поле линий скольжения и годограф скоростёй, позволяющие определить способ ее изменения и предупреждения образования утяжины на торцевой стороне, противо-

■ положной одностороннему выступу, являющейся неисправимым дефектом.

11. Проведено три вида экспериментальных исследований Экспериментально обнаруженные поля линий скольжения в сечении об разпов подтверждают теоретические разработки. Эксперименты но осадке слоистых образцов подтверждают правильность определения стадии процесса по более широкой из двух противолежащих неравных полостей. Эксперименты по поэтапной осадке образцов показывают формоизменение в зависимости от степени деформации, которое представляется ¡тафическими отношениями высот широкого и узкого выступов для разных начальных соотношений заготовки и геометрии инструмента.

12. Разработаны технологические приемы практической реализации и прогрессивного совершенствования осадки с затеканием в иолост и. Установлено, что технической задачей процесса являются фиксация заготовок и удаление отштампованных деталей, удерживающихся в штампе выступами. Задача решена как для штамповки в полосе, так и для штамповки из штучной заготовки использованием особенностей формоизменения и оригинальных устройств в штампах.

13. При практической реализации процесса проведенное исследование позволяет интенсифицировать его в части локального фор моизменения и увеличения производительности.

14. Экспериментальными полями линий скольжения, макроструктурой шлифов и изменением координатной сетки установлена аналогичность осадки с затеканием в полости сплошных и полых заготовок, что позволило распространить разработки на получение полых деталей с фигурным профилем. Использованием в штампах неподвижных и подвижных оправок, пуансонов, матриц и контейнеров решены технические задачи выталкивания и съема отштампованных деталей с торцевыми выступами, дополнительно удерживающимися в штампе внутренними и наружными боковыми поверхностями.

15. Результаты проведенной работы использованы в учебной литературе, отработаны в лабораторных условиях, прошли промышленное опробование, реализованы и рекомендованы к реализации при серийном производстве деталей. При реализации достигается повышение производительности, уменьшение расхода металла, снижение последующей механической обработки.

Приложение. Приложение состоит из двух разделов. В приложении 1 представлены распечатки программ автоматизиро- ванного по строения линий скольжения. В приложении 2 представлены копии титульных листов отчетов научнл-исследователь ских работ, касающихся темы диссертации, и актов внедрения и промышленного опробования.

Основное содержание диссертации отражено в__следующих

опубликованных работах:

1. Бокман М.А., Гречищев В.Н. Штамповка деталей типа пластин с отростками осадкой с затеканием в полости //Прогрессивные процессы и улучшение качества продукции куэнечно-штамиовочного производства. -Минск: Машиностроение. -1970. -С. 126-129.

' ■ 2. Авторское свидетельство № 388814 (СССР), МКИ. B21D22/02 Способ образования базовых пазов в полосе при последовательной объемной штамповке деталей /Бокман М.А., Левицкий В Г., Гречищев В.Н. //Изобретения, образцы, товарные знаки. -1973. -№29. -С. 30.

3. Авторское свидетельство №401440 (СССР), МКИ B21D35/00 Штамп последовательного действия при изготовлении деталей /Гречищев В.Н. //Изобретения, образцы, товарные знаки. -1973. -№41. -С. 37.

4. Авторское свидетельство №585909 (СССР), МКИ B21J13/02 Штамп /Гречищев В.Н. //Изобретения, образцы, товарные знаки. -1977. -»48. -С. 27.

5/ Авторское свидетельство №596348 (СССР), МКИ B21J5/00 Способ изготовления изделий с плоским полотном и односторонним отростком /Овчинников А.Г., Кондратенко В.Г., Гречищев В.Н. //Изобретения, образцы, товарные знаки. -1978. -)Ш. -С. 46-47.

6. Тавастшерна Р.И., Куренков В.Д., Гречищев В.Н. Штамповка деталей трубопроводов методом торцевой осадки трубных заготовок //Химическое и нефтяное машиностроение. -1980. -№2. -С. 28-29.

7. Гречищев В.Н. Исследование процесса штамповки фланцев //Изготовление и монтаж технологических трубопроводов: Сборник научных трудов ВНИИМСС.. -М.: ОНТИ ВНИИМСС, 1981. -С. 51-60.

8. Гречищев В.Н. К расчету процесса штамповки фланцев //Вестник машиностроения. -1983. -»8. -С. 62-64.

9. Гречищев В.Н. Штамп для осадки и вырубки: Авторское свидетельство (6994098 (СССР), МКИ B21J13/02 //Изобретения, образцы, товарные знаки. -1983. -»5. -С. 46.

10. Авторское свидетельство №1016012 (СССР), МКИ B21J5/00 Способ изготовления изделий с плоским фланцем и односторонним отростком /Овчинников А.Г., Кондратенко В.Г., Гречищев В.Н. //Изобретения, образцы, товарные знаки. -1983. -№17. -С. 37-38.

11. Гречищев В.Н. Формоизменение при осадке в кольцах //Известия ВУЗов. Машиностроение. -1986. -»11. -С. 135-138.

12. Кондратенко В.Г., Гречищев В.Н. Классификация деталей, получаемых осадкой //Вестник машиностроения. -1988. -№5. -С. 54-58.

13. Авторское свидетельство №1532173 (СССР), МКИ B21J5/12 Способ получения изделий типа ребристых панелей /Кондратенко В.Г., Гречищев В.Н.-//Изобретения, образцы, товарные знаки. -1999. -№48. -С. 69.

14. Гречищев В.Н. Построение линий скольжения у контактной поверхности //Известия ВУЗов. Машиностроение. -1990. -№3 --С. 116-120.

15. Гречищев В.Н. Метод линий скольжения: Учебное пособие. -М.: МИП, 1991. -85 с.

16. Гречищев В.Н. Технологические возможности процесса осадки: Учебное пособие. -М.: МИП, 1991. -55 с.

17. Гречищев В.Н. Алгоритм построения линий скольжения для осадки с затеканием в полости //Известия ВУЗов. Машиностроение. -1992. -№1-3. -С. 102-107.

18. Авторское свидетельство №1704896 (СССР), МКИ В2Ы5/12 Устройство для изготовления полых деталей осадкой /Гречищев В.П., Королев В.П., Щербаков С.Ф., Эгамбердиев Л.Х. //Изобретения, образцы, товарные знаки. -1992. -№2. -С. 41-42.

19. Гречищев В.Н. Автоматизированное построение линий скольжения //Известия ВУЗов. Машиностроение -1993. -№2. -С.40-44.

20. Гречищев В.Н. Унификация деталей штампов при штамповке осадкой //Стандарты и качествоо. -1993. -№2. -С. 48-49.

21. Авторское свидетельство №1806893 (СССР), МКИ В21053/10 Способ изготовления фланцев из полосы /Гречищев В.Н., Круглов В.Ф., Щербаков С.Ф. //Изобретения, образцы, товарные знаки. -1993. -№13. -С. 61-62.

22. Патент №2003419 (СССР), МКИ В2Ы5/12 Способ изготовления деталей осадкой /Гречищев В.Н. //Изобретения, образцы, товарные знаки. -1993. -№43-44. -С. 35.

23. Патент №2003424 (СССР), МКИ В21К21/0Я Способ ковки деталей /Гречищев В.Н. //Изобретения, образцы, товарные знаки. -1993. -№43-44. -С. 36.

24. Патент №2006326 (СССР), МКИ В21Л1/04 Способ изготовления изделий осадкой и устройство для его осуществления /Гречищев В.Н. //Изобретения, образцы, товарные знаки. -1994. -№2. -С. 27.

25. Патент №2006329 (СССР), МКИ В21Л5/12 Устройство для изготовления деталей осадкой /Гречищев В.Н. //Изобретения, образцы, товарные знаки. -1994. -№2. -С. 27.

26. Патент №2006333 (СССР), МКИ В21К1/30 Способ осадки осесимметричных заготовок и устройство для его осуществления /Гречищев В.Н. //Изобретения, образцы, товарные знаки. -1994. -№2. -С 28.

27. Патент №2007247 (СССР), МКИ В21Л13/02 Способ изготовления штамповок из полых заготовок и устройство для его осуществления /Гречищев В.Н., Королев В.Н., Щербаков С.Ф., Эгамбердиев А.Х. //Изобретения, образцы, товарные знаки. -1994.-№3. -С. 39.

• 28. Патент J2.011465 (СССР), МКИ B21J13/02 Устройство для осадки заготовок /Гречищев В.Н., Голубев В.В., Щербаков С.Ф. //Изобретения, образцы, товарные знаки. -1994. -№8. -С. 34.

29. Патент №2011466 (СССР), МКИ B21J13/02 Устройство для получения тюковок осадкой /Гречищев В.Н. //Изобретения, образцы, товарные знаки. -1994. -№8. -С. 34.

30. Патент №2011468 (СССР), МКИ B21J13/02 Устройство для ковки полых заготовок /Гречищев В.Н., Голубев В.В., Щербаков С.Ф //Изобретения, образцы, товарные знаки. -1994. -№8. -С. 35.

31. Гречищев В.Н. Замечательные геометрические линии в практическом применении //Методика обучения и воспитания в высшей школе в современных условиях: Сборник статей. -М.: МГАПИ, 1994. -С 53-57.

32. Гречищев В.Н. Совершенствование методики изложения расчета напряженного состояния при пластической осадке //Методика . обучения и воспитания в высшчй школе в современных условиях: Сборник статей. -М.: МГАПИ, 1994. -С. ЕЯ- 64.