автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Оптимизация процессов листовой штамповки с использованием гидромеханической вытяжки

На правах рукописи

Морозов Сергей Александрович

УДК 621.983

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ВЫТЯЖКИ

рис.

Специальность 05.16.05. — Обработка металлов давлением

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ижевск -1998

Работа выполнена в Ижевском государственном техническом университете.

Научный руководитель - заслуженный деятель науки и техники УР,

доктор технических наук, профессор Казаченок В.И. Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Корякин Н.А.,

- кандидат технических наук, доцент Дементьев В.Б.

Ведущее предприятие - ОАО «Ижмаш», г. Ижевск.

Защита состоится 29 декабря 1998 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета ДР 064.35.14 Ижевского государственного технического университета по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, д.7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ижевского государственного технического университета.

Автореферат разо<?лан «££_» ноября 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор ¿Г;' , . —- Л.Т. Крекнин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Листовая штамповка является одной из основных разновидностей обработки металлов давлением, которая позволяет получать тлоские и пространственные детали самых разнообразных материалов и конфигураций. Наиболее распространенным способом изготовления полых дета-тей является вытяжка в жестких штампах. Однако она не всегда может обеспе-шть эффективное получение деталей с высокими требованиями по качеству товерхности и точности (минимальная продольная разнотолщинность, допустимое утонение стенки и т.п.), характерными для изделий оборонного комплекса. Вытяжка с малыми степенями деформации и применение химико-термических операций приводит к многопереходной штамповке. Кроме того, зытяжка некоторых листовых материалов (алюминия, тантала, ниобия и др.) сопровождается схватыванием заготовки с инструментом. Применение способов, предотвращающих это явление (лаковые покрытия, специальные смазки, иодирование поверхностей и т.п.), повышает трудоемкость изготовления готового изделия.

Таким образом, для листовой штамповки весьма актуальна задача оптимизации технологических процессов с целыо повышения их технико-экономических показателей.

Управлять технологическим процессом можно, учитывая влияние сил внешнего трения. Большой вклад в изучение механизма и физико-химической трироды трения при пластическом деформировании внесли ученые С.И. Губкин, И.М. Павлов, Е.И. Исаченков, Л.В. Прозоров, С.Я. Вейлер, В.И. Лихтман,

Грудев, В.Л. Колмогоров, Г.Л. Колмогоров, Е.М. Макушок, В.И. Казаче-иок и др.

Наиболее ощутимый эффект в снижении сил трения можно получить, соз-тавая режим жидкостного трения. В зависимости от схемы приложения деформирующих сил и схемы деформации режим жидкостного трения может 5ыгь создан либо за счет гидродинамического эффекта смазки, либо в результате принудительной подачи смазки в зону очага деформации. В работах

Е.И. Исаченкова и В.И. Казаченка определены реологические свойства смазок, определены условия создания режима жидкостного трения при различных операциях обработки металлов давлением.

Экранирование контактных поверхностей смазочной пленкой позволяет значительно снизить величину внешнего трения и тем самым полнее использовать пластические свойства деформируемого металла, повысить качество штампуемых детатей и стойкость инструмента. Однако в некоторых случаях вытяжки применение смазок высокой вязкости нежелательно из-за сложности их нанесения на поверхность заготовки. Маловязкие смазки в этих условиях не создают режим жидкостного трения. Возможным способом интенсификации процесса может выступить гидромеханическая вытяжка (ГМВ), основанная на принудительной подаче смазки в зону контакта заготовки с матрицей. Гидромеханическая вытяжка, предложенная и разработанная коллективом исследователей кафедры «МиТОМД» ИжГТУ под руководством профессора В.И. Казаченка (Чаузов A.C., Михайлов Ю.О., Перевозчиков С.Г., Сабрикова Т.В. и др.), обладает значительными преимуществами по сравнению с обычной вытяжкой. За счет исключения вредного влияния сил трения на участках соприкосновения заготовки с матрицей и положительного использования их на участках контакта заготовки с пуансоном процесс ГМВ позволяет повысить допустимые степени деформации за переход, сократить число штамповочных и вспомогательных операций, повысить точность вытягиваемых изделий.

Учитывая положительные стороны ГМВ, становится актуальной задача оптимизации процессов листовой штамповки с использованием гидромеханической вытяжки. ГМВ может выступать как самостоятельный процесс изготовления деталей различной конфигурации, так и сочетаться с другими формоизменяющими операциями. В последнем случае, гидромеханической вытяжкой получают качественный промежуточный полуфабрикат, а весь процесс изготовления детали становится экономически эффективнее по сравнению с базовым технологическим процессом, использующим только операции обычной вытяжки.

Решению этой задачи и посвящена данная работа.

Работа выполнялась в соответствии с отраслевыми и региональными научно-техническими программами.

Цель работы. Оптимизация процессов листовой штамповки за счет использования гидромеханической вытяжки, позволяющей заменить граничное трение заготовки по матрице жидкостным и тем самым повысить точность и качество поверхности получаемых деталей, уменьшить количество переходов вытяжки и снизить себестоимость готовых изделий.

Методы исследования. Теоретическое исследование процесса ГМВ выполнено на основе совместного решения уравнений равновесия и пластичности по безмоментной теории для гоюсконапряженного изотропно-упрочняющегося материала заготовки. Изменение толщины заготовки в очаге деформации рассчитано с использованием метода последовательных приближений. Анализ полученных зависимостей для гидромеханической вытяжки цилиндрических и конических деталей проведен с помощью ПЭВМ.

Экспериментальная проверка полученных теоретических положений проводилась с использованием современного испытательного оборудования, регистрирующей аппаратуры. Результаты эксперимента обрабатывались методом математической статистики.

Научная новизна работы состоит в следующем:

• разработана математическая модель формоизменения заготовки при гидромеханической вытяжке цилиндрических и конических деталей, позволяющая учитывать изменение толщины заготовки в очаге деформации в зависимости от свойств материала, степени упрочнения и геометрических факторов процесса;

• обосновано н конструктивно проработано устройство вытяжки, позволяющее оптимизировать усилие прижима по ходу процесса, на которое получено авторское свидетельство на изобретение;

• разработана методология проектирования комплексных технологических процессов листовой штамповки, использующая в качестве основного

формоизменения гидромеханическую вытяжку, при этом учитываются критерии оптимизации технологии - либо допустимое утонение стенки детали, либо предельная степень деформации за переход;

• для обеспечения оптимизации процессов листовой штамповки с использованием ГМВ разработана комплексная автоматизированная система проектирования процессов листовой штамповки с использованием гидромеханической вытяжки, позволяющая повысить качество проектирования и снизить сроки технологической подготовки производства.

Практическая ценность заключается в разработке научно обоснованной методики проектирования технологических процессов листовой штамповки с использованием гидромеханической вытяжки, позволяющей повысить качество вытягиваемых деталей и экономическую эффективность процессов.

Разработаны типовые технологические процессы гидромеханической вытяжки; результаты представлены в виде, удобном для инженерного использования; издан отраслевой стандарт.

Разработано устройство, позволяющее оптимизировать усилие прижима по ходу процесса вытяжки.

Разработана автоматизированная система проектирования, позволяющая на стадии разработки комплексных процессов с учетом принятых критериев достигать сокращения сроков проектирования, снижать себестоимость проектирования вследствие сокращения трудовых затрат, за счет повышения точности расчетов получать экономию листового металла и штамповой оснастки, решать задачу расчета технологии комплексно - от определения оптимального раскроя материала до проектирования формоизменяющих операций. Учитывая комплексный характер проектирования, для автоматизированной системы введена аббревиатура СКАТ - Система Комплексной Автоматизации Технологии листовой штамповки.

Результаты работы внедрены на предприятиях оборонного комплекса с экономическим эффектом более 500 тыс. рублей в ценах до 1991 года.

Материалы научных исследований используются в учебном процессе на кафедре «МиТОМД» Ижевского государственного технического университета в курсах «САПР технологии ОМД», «Листовая штамповка», «Основы автоматизированного проектирования», «Прогрессивные процессы обработки металлов давлением», в курсовом и дипломном; проектировании.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована использованием проверенной математической модели, сходимостью полученных теоретических и экспериментальных значений и соответствием результатам работ, выполненных другими авторами.

Апробация работы. Основные материалы работы доложены и обсуждены на республиканской научно-технической конференции «Молодежь Удмуртии -ускорению научно-технического прогресса» (г. Ижевск, 1987 г.); республиканской научно-технической конференции «Наука - производству» (г. Н.Челны, 1990 г.); научных семинарах кафедры «Машины и технология обработки металлов давлением» ИжГТУ (1996 - 1998 г.г.); всероссийской научной конференции «CAD/CAM/CAE системы в инновационных проектах» (г. Ижевск, 1998 г.); научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ИжГТУ (1994-1998 г.г.).

Экспонаты по работе демонстрировались на ВДНХ СССР и на Всероссийских выставках в городах Тольятти, Ижевске и Уфе.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 28 печатных работах, в том числе в отраслевом стандарте, в описании к одному авторскому свидетельству на изобретение и в 9 отчетах по НИР.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка литературы и двух приложений.

Диссертация изложена на 207 страницах машинописного текста, содержит 87 рисунков, 10 таблиц и список литературы из 125 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы основные положения, определяющие ее научную новизну.

В первой главе приведен анализ состояния вопроса, оценка роли трения при вытяжке в жестких штампах, рассмотрены способы снижения сил трения при вытяжке листового материала, обоснована оптимизация процессов листовой штамповки за счет использования ГМВ, показана необходимость разработки комплексной системы автоматизированного проектирования. Далее сформулирована цель диссертационной работы и поставлены задачи исследования.

Любой технологический процесс листовой штамповки, включающий вытяжку, можно усовершенствовать посредством использования ГМВ (рис. 1). Опыт внедрения ГМВ показывает, что при этом достигается значительное сокращение количества переходов штамповки, повышается точность и качество поверхности изделия.

Применение ГМВ в процессах листовой штамповки создает новую технологию изготовления деталей и диктует необходимость разработки новых методик расчета технологических параметров процесса. В зависимости от технических требований, предъявляемых к готовому изделию должна реализовываться и соответствующая методика расчета.

Требование по допустимому утонению выдвигает задачу необходимости проведения теоретических исследований, позволяющих учитывать напряженное состояние заготовки в очаге деформации с учетом изменения ее толщины.

Требование максимального снижения трудоемкости процесса заставляет исследовать предельное формоизменение заготовки.

Управлять процессом ГМВ можно за счет усилия прижима и величины вытяжных зазоров. Вытяжные зазоры на различных участках матрицы оказывают взаимное влияние друг на друга, и их величины можно учесть геометрией инструмента. Усилие прижима становится таким образом основным фактором, управляющим процессом, который необходимо оптимизировать.

Как показали исследования, на первом переходе вытяжки из плоской заготовки осуществляется наибольшая степень деформации материала, а, следовательно, и формируется основное утонение стенки детали. Последующие переходы вытяжки проводятся со значительно меньшими степенями деформации

Вытяжка с утонением стенки

Рис. I. Области использования ГМВ в аистовой штамповке (например, коэффициенты ГМВ первого перехода для цилиндрических деталей т1 =0,42 ч-0,48, а на последующих - т2Ъ - 0,65 н-0.85), а новые очаги деформации формируют меньшую степень утонения, чем на первом переходе. Следовательно, на первом переходе вытяжки формируется допустимое утонение готового изделия. Его и необходимо исследовать для проведения оптимизации.

Для проведения оптимизации процессов листовой штамповки по установленным критериям, успешного внедрения новой технологии на производстве необходимо разработать автоматизированную систему проектирования.

Для разработки математических моделей и типовых технологических процессов ГМВ, используемых в автоматизированной системе проектирования, разработана классификация деталей. Классификация проводилась по конструктивно-технологическому признаку: форма детали и единство маршрутной технологии. Установлены две группы комплексных деталей - цилиндрические и конические. Детали могут быть с фланцем или без фланца, с плоским или фигурным дном.

Таким образом, для достижения поставленной цели исследования необходимо решить следующие задачи: обосновать возможность оптимизации листовой штамповки с использованием гидромеханической вытяжки; разработать методологические основы использования ГМВ в процессах листовой штамповки; разработать математическую модель формоизменения заготовки при ГМВ, позволяющую учитывать изменение ее толщины в очаге деформации; провести аналитическое исследование, численный эксперимент и оптимизацию по влиянию основных технологических факторов на предельное формоизменение; выполнить экспериментальное исследование силового режима процесса ГМВ и исследовать изменение толщины заготовки в очаге деформации; разработать конструкции штамповой оснастки и установок для процесса ГМВ, учитывающие результаты исследования; разработать комплексную автоматизированную систему проектирования процессов листовой штамповки.

Во второй главе работы проведено исследование напряженного состояния заготовки в очаге деформации с учетом изменения ее толщины, произведена оценка влияния основных технологических факторов на предельное формоизменение, определена возможность оптимизации усилия прижима по ходу процесса.

Для оценки толщины заготовки использован метод последовательных приближений. По этому методу решается задача по отысканию поля напряжений в очаге деформации с учетом влияния основных факторов при условии постоянства толщины заготовки. Далее, по найденному полю напряжений и заданному формоизменению заготовки находится значение толщины заготовки в

очаге деформации, затем решается задача по отысканию корректированного поля напряжений для очага деформации, имеющего переменное значение толщины заготовки. При необходимости точность решений может быть повышена путем дальнейших аналогичных приближений.

Из совместного решения уравнения равновесия и пластичности получены выражения для растягивающих напряжений в очаге деформации (рис. 2): на участке фланца (текущее)

аР = а,1п

К

Р

I Р

(1)

я8

2 Я„

на участке вытяжной кромки матрицы (максимальное)

Ргтх '

1п

Я.

5

К 2гю

2

м

X

(2)

Л?1п

5«

я.

О J

о-

В этих уравнениях 5 - толщина заготовки; / - коэффициент трения; усилие прижима; а, =;—— | — | - предел текучести, где

К-К , I, 2(/?„+5/2> сй =—--- я 1 — 1———-—£— относительная деформация в тангенци-

Д, ^ Л*

алыюм направлении; - текущее значение радиуса фланца; радиус заготовки; <тв,уы- механические характеристики материала заготовки. Величина г1П, заготовки на участке вытяжного ребра зависит от механических характеристик и толщины материала, усилия прижима, глубины вытяжки; для определения используется уравнение Лапласа, связывающее напряжение в заготовке и давление жидкости на участке вытяжного ребра.

\ \

\

/ Гизг>

/ /

/ /

/

к!

Гп

-

Ив

Рис. 2. Схема ТЪАВ детали цилиндрической формы Учитывая связь напряжений и деформаций и условие постоянства объема, получили выражение для деформации то толщине

1 +

<Т

=

О

-е „ или 5 = &

2 -

<т

1-ь

1—

\°в /ср

2-

ЧЛ

(3) ,

'ср у

где ае находится из условия пластичности. Аналогичные уравнения получены и для конических деталей. Расчет по ходу вытяжки показал, что растягивающее напряжение вначале увеличивается до некоторого максимального значения (Л«/;, + г„), а затем монотонно убывает. Найденное максимальное значение растягивающего напряжения, используется для определения утонения в опасном сечении и определения предельного формоизменения.

Предельное формоизменение исследовалось из условия, когда а

Рж

— ■

Как показали проведенные исследования, максимальное утонение формируется на границе контактной зоны поверхности заготовки со скругленной кромкой пуансона. Дальнейший рост утонения прекращается за счет сил ак-

гивного трения по пуансону. Было также установлено, что уменьшение коэффициента вытяжки и относительной толщины заготовки, увеличение давления прижима приводят к росту интенсивности утонения в опасном сечении заготовки, т.к. в том и другом случае происходит увеличение растягивающих напряжений. Повышение механических характеристик, в частности, предела прочности материала, способствует уменьшению утонения заготовки (рис.3).

/V

0,25

0,15

0,05

1 Алюминий АД1 (Э-0.8мм)

\ /

Сталь Е п-зоио «) /

0,40 0,45 0,50

0,40 0,42 0,44

а) б)

Рис.3. Изменение утонения стенки в опасном сечении в зависимости от материала заготовки и коэффициента вытяжки т,- а), а / пв в зависимости от коэффициента вытяжки т, и давления прижима q(S = 0,8мм, ц/ш - 0,25, а, = 320МПА) - б)

На изменение толщины заготовки на участке фланца наибольшее влияние оказывает величина е0. Механические характеристики материала практически не влияют на е, на участке фланца.

Усилия вытяжки определяли по уравнениям:

для цилиндрических деталей

Р. = 2л- д„ +

12

для конических деталей

Ра = 2л(Ид + htga^co5 а +

Яд 4- Ы%<х

2г„,

$а

(4)

Амг '

нзг у

где Кд - радиус дна детали; а - угол конуса.

Оптимальное усилие прижима находилось интегрированием давления в смазочном слое по площади фланца с подстановкой оптимальной толщины смазочного слоя на фланце, получили

Усилие прижима зависит от геометрических факторов, вязкости смазки, скорости деформирования и толщины смазочного слоя на вытяжной кромке. При отсутствии возможности задать фактические параметры процесса, расчет ведется по эмпирическим зависимостям для оптимального усилия прижима.

В третьей главе проведено экспериментальное исследование процессов ГМВ. Описаны методики исследования, экспериментальная установка и штампы. Создано и конструктивно проработано устройство вытяжки, позволяющее оптимизировать усилие прижима по ходу вытяжки.

Проводилась серия опытов по определению усилия вытяжки, толщины образцов в опасном сечении и на фланце. Экспериментальные результаты сопоставлялись с теоретическими, полученными в результате расчета на ЭВМ зависимостей главы 2. Расхождение при проверке силовых параметров процесса не превышало 18%, при проверке изменения толщины заготовки в очаге деформации - 6-^10%, что позволяет сделать вывод о применимости данных методик для практических расчетов.

Поскольку при вытяжке площадь фланца заготовки по мере перемещения пуансона уменьшается, то при постоянном усилии прижима его давление на заготовку все время нарастает по мере вытяжки. Такое увеличение давления прижима приводит к увеличению вредных сил трения между заготовкой и прижимом, увеличивает растягивающие напряжения в опасном сечении заготовки.

Возможность оптимизации усилия прижима по ходу вытяжки реализована в разработанном устройстве за счет управления микропроцессором всеми гид-

е=

(6)

росетями установки и перемещением прижима и пуансона. Усилие прижима изменяется по закону, заложенному в микропроцессор (проверялась формула (6)). За счет обратных связей эти зависимости могут корректироваться относительно реальных величин толщины заготовки и смазочного слоя.

Испытания показали, что устройство позволяет увеличить степень деформации на 10-И 5% и соответственно увеличить глубину штампуемых деталей за один переход ГМВ.

В четвертой главе приведены рекомендации по разработке типового технологического процесса ГМВ и примеры внедренных технологических процессов.

Указаны требования к основным и вспомогательным материалам, заготовкам, к оборудованию и средствам технологического оснащения, описаны штампы и установки, внедренные на производстве, их наладка и эксплуатация. Приводится методика проектирования технологического процесса с расчетом параметров ГМВ комплексных деталей из разработанной классификации (1 гл.).

В питой главе приводится описание системы СКАТ, блок-схемы входящих в нее модулей.

Структурная схема комплексной автоматизированной системы проектирования технологических процессов листовой штамповки показана на рис. 4.

Основными разделами системы являются «Инфо», «ИКС» (интерактивная конструкторская система), подсистема технологического проектирования,

В подсистеме «Инфо» находится информация о разработчике системы и справочник. В справочнике содержатся данные, необходимые для разработки технологических процессов изготовления деталей листовой штамповкой (механические характеристики материала, величины технологических перемычек при раскрое и т.д.).

Система СКАТ

ИКС

Подсистема "Иифо"

Подсистема технологического проектирования

Конструкторские расчеты

Подсистема геометрического моделирования

О программе

Справочник

Отбортовка

ГМВ ~В

ка|

Технологические параметры процесса

Эскизы исходной заготовки, штамповочных переходов, карта раскроя

Рис.4. Структурная схема системы СКАТ ИКС предназначена для автоматизации конструкторско-расчетных работ при проектировании штамповой оснастки. Основой ИКС является подсистема геометрического моделирования иа плоскости, реализующая произвольные построения на базе примитивов: точка, прямая, окружность, контур. Результаты работы подсистемы геометрического моделирования используются в качестве исходных данных для расчетного модуля и подсистемы расчета оптимального раскроя материала. В расчетном модуле решаются задачи по определению координат центра давления детали, расчета развертки гнутого сечения, усилия штамповки при вырубке и пробивке, площади детали и диаметра заготовки при вытяжке, площади плоской детали. Подсистема «Раскрой» позволяет определить параметры оптимальных однорядных или двухрядных периодических укладок заданной детали в ленте, рулоне или полосе. Подсистема «Конструкторские расчеты» позволяет определить параметры, необходимые для проектирования штамповой оснастки.

Подсистема технологического проектирования обеспечивает расчет комплексных технологий (см. рис.1). Укрупненная блок-схема алгоритма расчета программ технологического проектирования показана на рис.5.

Подсистема «Документ» оформляет результаты проектирования.

Оптимизация процессов листовой штамповки производится за счет применения ГМВ. Структурная схема модуля ГМВ показана на рис. 6.

Экономическую целесообразность проведения оптимизации процессов листовой штамповки за счет применения ГМВ показывает подсистема технико-экономического обоснования.

В банке данных технологического назначения содержится большой практический материал, помогающий разобраться в особенностях процесса ГМВ.

Необходимую информацию для расчета технологического процесса подготавливает подсистема формирования исходных данных, которая заимствует их из чертежа готовой детали, переданной из системы СКАТ, и нормативно-справочной информации. Подсистема содержит сведения о форме детали, ее геометрических размерах, механических характеристиках материала.

Подсистема технологического проектирования содержит программы (с общим названием «Технолог»), предназначенные для расчета технологии изготовления комплексных деталей. В данной подсистеме имеется также программа «Анализ», позволяющая оценить влияние основных технологических параметров на предельные возможности формоизменения. При разработке нового технологического процесса использование программы «Анализ» позволяет быстро и правильно проанализировать влияние технологических факторов и выбрать подходящие технологические режимы.

Подситема конструирования штамповой оснастки, используя систему AutoCAD и графическое программирование на языке AutoLISP, позволяет получить чертежи штампа. Чертежи деталей штамповой наладки являются параметрическими и их размеры передаются из подсистемы технологического проектирования.

Ввод исходных данных у

^^пр и пу ск а?^-^

3 Т^Да

Назначение

припуска на обрезку

1

Определение формы и

размеров заготовки

Расчет допустимых коэф вытяжки М1, М2.. .Мп

Расчет технол. параметров 1 перехода вытяжки _(Р1«Рдет)_

1

Выход из алгоритма )

Расчет О— 1)-го перехода детали диаиетрон 01—1

Расчет технол параметров 1—ых переходов

го |

( Влдзсод из алгоритма )

Рис. 5. Укрупненная блок-схема программ технологического проектирования

Рис. 6. Структурная схема модуля ГМВ

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

1. Обоснована возможность оптимизации процессов листовой штамповки за счет использования гидромеханической вытяжки (ГМВ), позволяющей заменить граничное трение заготовки по матрице жидкостным и тем самым повысить точность и качество поверхности получаемого изделия и снизить трудоемкость процесса. Использование ГМВ обеспечивает повышение степени деформации за переход на 20+30%, сокращение затрат на пггамповую оснастку в 1,5-г2 раза, повышение стойкости инструмента в 3+ 4 раза.

2. Разработаны методологические основы использования ГМВ в процессах листовой штамповки. Показано, что, используя положительные особенности ГМВ, любой процесс листовой штамповки, предусматривающий основное формоизменение за счет вытяжки, возможно оптимизировать по критериям получения заданного утонения стенки детали или предельного формоизменения.

3. Разработана математическая модель процесса формоизменения заготовки при ГМВ, позволяющая учитывать изменение ее толщины в очаге деформации в зависимости от свойств материала, степени упрочнения и геометрических параметров процесса вытяжки. К росту интенсивности утонения в опасном сечении заготовки приводят уменьшение коэффициента вытяжки и относительной толщины заготовки, увеличение давления прижима. На изменение толщины заготовки на участке фланца наибольшее влияние оказывает величина относительной деформации в тангенциальном направлении.

4. Определено, что повысить технологические возможности процессов можно за счет оптимизации усилия прижима по ходу вытяжки. Создано и конструктивно проработано устройство вытяжки, позволяющее оптимизировать усилие прижима по ходу процесса; получено авторское свидетельство на изобретение. Устройство позволяет увеличить степень деформации на 10 -г 15% и соответственно увеличить глубину штампуемых деталей за один переход ГМВ.

5. Сравнение теоретических расчетных данных с экспериментальными показало их хорошую сходимость. Расхождение при проверке силовых параметров процесса не превышало 18%, при проверке изменения толщины заго-

товки в очаге деформации - 6-ь10%, что позволяет сделать вывод о применим ста данных методик для практического использования.

6. Разработана комплексная автоматизированная система проектирован! процессов листовой штамповки с использованием ГМВ, позволяющая на ст дии разработки процессов с учетом принятых критериев, достигать сокраш ния сроков проектирования и снижения себестоимости разработок.

7. Основные результаты диссертации опубликованы в 28 печатных раб тах. Выпущен ОСТ 3-6806-94 «Детали тонкостенные полые. Требования к т повому технологическому процессу гидромеханической вытяжки».

Результаты работы внедрены на предприятиях оборонного комплекса экономическим эффектом более 500 тыс. рублей в ценах до 1991 года.

9. Материалы научных исследований используются в учебном прочее на кафедре «МиТОМД» Ижевского государственного технического универс тета в курсах «САПР технологии ОМД», «Листовая штамповка», «Основы а томатизированного проектирования», «Прогрессивные процессы обработ металлов давлением», в курсовом и дипломном проектировании.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

1. Морозов С.А., Михайлов Ю.О. САПР гидромеханической вытяжки Молодежь Удмуртии - ускорение научно-технического прогресса. Тез. Д01 Республ. научно-техн. конф. -Ижевск: Удм. респ. управл. статистики, 1987. -С. 143 -144.

2. Михайлов Ю.О., Морозов С.А., Сандров В.А., Сухоплюев И.И. Гидро механическая вытяжка деталей светотехнической аппаратуры // Технолог авиационного прибороагрегатного строения. - 1988. -№ 4. - С. 5-6.

3. Морозов С.А. САПР вытяжки прямоугольных коробчатых деталей Наука - производству. Тез. докл. Республ. научно-техн. конф. - Н. Челн КПИ, 1990. - С. 48.

4. Казаченок В.И., Михайлов Ю.О., Сабрикова Т.В., Морозов С.А. и ; Детали тонкостенные полые. Требования к типовому технологическо

процессу гидромеханической вытяжки // ОСТ 3-6806-94. - М., ЦНИИ «Комплекс», 1994. - 67 с.

5. Морозов С.А., Казаченок В.И., Михайлов Ю.О. Устройство для вытяжки с оптимизацией усилия прижима // Ученые Ижевского гос. техн. ун-та -производству. Тез. докл. научно-техн. конф. - Ижевск: ИжГТУ, 1994. - С. 67.

6. Морозов С. А. САПР технологии листовой штамповки // Ученые Ижевского гос. техн. ун-та - производству. Тез докл. научно-техн. конф. - Ижевск: ИжГТУ, 1994.-С. 68.

7. Морозов С.А., Жвик ИМ. Применение САПР листовой штамповки в учебном процессе // Современные проблемы университетского образования. Материалы XX научно-мет. конф. - Ижевск: ИжГТУ, 1995. - С. 190.

8. Морозов С.А. Учет изменения толщины заготовки при гидромеханической вытяжке // Ресурсосберегающие технологии обработки металлов давлением и математическое моделирование. Тез. докл. XXX научно-техн. конф. ИжГТУ.-Ижевск: Сб. каф. МиТОМД ИжГТУ, 1996. - С. 10.

9. Михайлов Ю.О., Морозов С.А. Установка для ГМВ деталей из высокопрочных сталей // Ресурсосберегающие технологии обработки металлов давлением и математическое моделирование. Тез. докл. XXX научно-техн. конф. ИжГТУ. - Ижевск: Сб. каф. МиТОМД ИжГТУ, 1996. - С. 8.

10. Морозов С.А. Методические указания по курсу «САПР технологии ОМД» (интерактивная конструкторская система). — Ижевск: ИжГТУ, 1996. -20 с.

11. Морозов С.А. Методика оценки утонения стенки детали при ГМВ // Научный и информационный бюллетень № 2, Ч. 1. - декабрь 1997 г. Международная Академия информации,Удмуртское отделение. - Ижевск: Персей, 1997. -С. 224-227.

12. Морозов С.А. Методические указания по курсу «САПР в технологии К1ПП» (САПР технологии листовой штамповки). - Ижевск: ИжГТУ, 1998. -76с.

13. Казаченок В.И., Морозов С.А. ГМВ и САПР технологии листовой штамповки // XXXI научпо-техн. конф. ИжГТУ: Тез. докл. - В 2-х ч. - 4.2. -Ижевск: ИжГТУ, 1998. -С.202.

14. Морозов С.А. Автоматизированное проектирование технологии вытяжки ступенчатых деталей // XXXI научно-техн. конф. ИжГТУ: Тез. докл. - В 2-х ч. - Ч. 2. - Ижевск: ИжГТУ, 1998. - С. 201.

15. Морозов С.А. Методика учета изменения толщины в опасном сечении детали при ГМВ // Сб. трудов № 2. Новые инвестиции ИжГТУ. Российская инженерная академия. - Ижевск: ИТН и ПРП, 1998. - С.40 - 46.

16. Морозов С.А. Система комплексной автоматизации технологических расчетов (СКАТ) листовой штамповки // CAD/CAM/CAE системы в инновационных проектах. Тез. докл. Всерос. научной конф. - Ижевск: ИжГТУ, 1998. -С. 45.

17. Морозов С.А. Автоматизированное проектирование технологических процессов ГМВ // Сб. трудов № 2. Новые инвестиции ИжГТУ. Российская инженерная академия. - Ижевск: ИТН и ПРП, 1998. - С. 47 - 52.

18. Морозов С.А. САПР ГМВ // CAD/ САМ/ САЕ системы в инновационных проектах. Тез. докл. Всерос. научн. конф. - Ижевск: ИжГТУ, 1998. -

С. 44.

19. Исследование физических основ интенсификации операций вытяжки и обжима для деталей «Оболочка» и «Стаканчик» 127 и 145». Заключ. / Усти-новский мех. ин-т. УМИ; Руководитель В.Н. Казаченок; № ГР 01840054863; Инв. № 02860075159. - Устинов, 1986. - 80 с.

20. Разработка и внедрение малооперационных, малоотходных процессов получения деталей датчиков светотехничекой аппаратуры. Заключ./ Устиновский мех. ин-т. УМИ; Руководитель В.И. Казаченок;

№ ГР 01850030490; Инв. № 02870038341. - Устинов, 1986. - 101 с.

21. Разработка технических основ новых малооперационных металлосберегающих процессов получения деталей конической и

цилиндрической формы. Заключ./Иже вс кий мех. ии-т. ИМИ; Руководитель Ю.О. Михайлов; № ГР 01860029672; Инв. № 0288001984. - Ижевск, 1987. -68 с.

22. Разработка прикладных программ формоизмененяющих процессов листовой штамповки. Заключ. / Ижевский мех. ин-т. ИМИ; Руководитель Ю.О. Михайлов; № ГР 01890070800, Инв. № 02900006631. - Ижевск, 1989. - 17 с.

23. Разработка комплексных технологических процессов изготовления деталей «Сфера», «Стакан» и «Мойка» из высокопрочных и нержавеющих марок сталей. Закточ./ Ижевский мех. ин-т. ИМИ; Руководитель Ю.О. Михайлов; №ГР 01890052179; Инв. №02910006185. - Ижевск, 1990.-84 с.

24. Разработка пакета прикладных программ САПР основных процессов листовой штамповки. Заключ. / Ижевский мех. ин-т. ИМИ; Руководитель Ю.О. Михайлов; № ГР 01890004647; Инв. Ks 02910004987. - Ижевск, 1990. -42 с.

25. Разработка комплексного техпроцесса изготовления детали «Основание» 8Ю8.070.032 с применением ГМВ. Заключ. / Ижевский мех. ин-т. ИМИ; Руководитель Ю.О. Михайлов; № ГР 018 90069703; Иго. № 02910052803. -Ижевск, 1991. -4 с.

26. Детали тонкостенные полые. Требование к типовому технологическому процессу гидромеханической вытяжки. Заключ. / Ижевский гос. техн. ун-т. ИжГТУ; Руководитель Ю.О. Михайлов; № ГР 01920013701;

Инв. № 02930005137. - Ижевск, 1993. - 5 с.

27. Разработка, исследование и внедрение технологии и конструкций, использующих высокое давление. Заключ./ Ижевский гос. техн. ун-т. ИжГТУ; Руководитель Ю.О. Михайлов; № ГР 01930011000; Инв. № 02940002488. -Ижевск, 1993.-28 с.

28. A.c. 15743200 СССР, МКИ В 21 D22/20. Устройство для вытяжки / В.И. Казаченок, Ю.О. Михайлов, С.Г. Перевозчиков, С.А. Морозов и др. (СССР). -4415656 /31-27; Заяв. 26.04.88; QnvQjL 30.06.90, бюл. № 24.

£ Л - .0 С') Г / . ' л

0 / • 7 ч' ' О / 7 7 ,7 и

/

Ижевский государственный технический университет

На правах рукописи

Морозов Сергей Александрович

I

УДК 621.983 / ,

Л

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ листовой ШТАМПОВКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ВЫТЯЖКИ

Специальность 05.16.05. - «Обработка металлов давлением»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: заслуженный деятель науки и техники УР доктор технических наук, профессор В.И. Казаченок

Ижевск -1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ..............................................................................................5

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ..............................................................8

1.1. Роль трения при вытяжке в жестких штампах ............................8

1.2. Способы снижения сил трения при вытяжке листового материала.......................................................................................11

1.3. Оптимизация процессов листовой штамповки

с использованием гидромеханической вытяжки.........................17

1.4. Автоматизированные системы проектирования .........................34

1.5. Цель и задачи исследования .........................................................38

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ ЗАГОТОВКИ

ПРИ ГМВ.............................................................................41

2.1. Анализ напряженного состояния заготовки ................................44

2.1.1. Гидромеханическая вытяжка цилиндрических деталей .........44

2.1.2. Гидромеханическая вытяжка конических деталей..................55

2.2. Учет изменения толщины заготовки в очаге деформации .........61

2.3. Результаты исследования напряженно-деформированного состояния заготовки в очаге деформации....................................67

2.4. Определение усилия прижима, усилия вытяжки и работы деформирования............................................................................72

Выводы ....................................................................................................77

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

ПЕРВОГО ПЕРЕХОДА ГМВ ............................................79

3.1. Экспериментальная установка, штампы, применяемое оборудование и материалы...........................................................79

3.2. Методика экспериментального исследования............................. 85

3.3. Анализ результатов теоретического и экспериментального исследования .................................................................................90

3.4. Оптимизация усилия прижима по ходу процесса.......................98

Выводы ....................................................................................................104

ГЛАВА 4. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАЗРАБОТКЕ ТИПОВОГО

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ГМВ....................106

4.1. Требования к основным и вспомогательным материалам, заготовкам......................................................................................106

4.2. Требования к оборудованию и средствам технологического оснащения......................................................................................108

4.3. Описание схем и работы штампов...............................................110

4.3.1. Штамп с обратным стоком рабочей жидкости........................ПО

4.3.2. Штамп с автоматической подачей рабочей жидкости............113

4.3.3. Установка для гидромеханической вытяжки...........................113

4.4. Требования к наладке и эксплуатации технологического оснащения......................................................................................115

4.5. Требования к технологическому процессу ГМВ ........................117

4.5.1. Состав и последовательность технологического процесса.....117

4.5.2. Расчет режимов и параметров ГМВ.........................................119

Выводы ....................................................................................................125

ГЛАВА 5. КОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА

АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ (СКАТ) 127

5.1. Структурная схема системы СКАТ.............................................128

5.2. Алгоритмы расчетов интерактивной конструкторской системы (ИКС) .............................................................................................131

5.3. Алгоритмы расчетов подсистемы технологического проектирования.............................................................................139

5.4. Модуль ГМВ .................................................................................141

5.4.1. Структурная схема модуля ГМВ ..............................................142

5.4.2. Алгоритмы расчетов подсистемы технологического проектирования модуля ГМВ...................................................144

5.4.3. Алгоритмы расчетов подсистемы конструирования штамповой оснастки модуля ГМВ...............................................................149

5.5. Внедрение системы СКАТ............................................................152

Выводы ....................................................................................................154

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ 155

ЛИТЕРАТУРА.........................................................................................157

ПРИЛОЖЕНИЯ ......................................................................................170

Приложение I. Акт о внедрение результатов кандидатской

диссертации ...................................................................171

Приложение II. Примеры расчетов системы СКАТ..............................174

ВВЕДЕНИЕ

Листовая штамповка является одной из основных разновидностей обработки металлов давлением, которая позволяет получать плоские и пространственные детали самых разнообразных размеров и конфигураций. Причем получение деталей при заданных прочности и жесткости, обеспечивается с минимальной металлоемкостью и высокой производительностью труда.

Наиболее распространенным способом изготовления полых деталей является вытяжка в жестких штампах. Однако она не всегда может обеспечить эффективное получение деталей с высокими требованиями по качеству поверхности и точности (минимальная продольная разнотолщинность, допустимое утонение стенки и т.п.), характерными для изделий оборонного комплекса. Вытяжка с малыми степенями деформации и применение химико-термических операций приводит к многопереходной штамповке. Кроме того, вытяжка некоторых листовых материалов (алюминия, тантала, ниобия и др.) сопровождается схватыванием заготовки с инструментом. Применение способов, предотвращающих это явление (лаковые покрытия, специальные смазки, анодирование поверхностей и т.п.), повышает трудоемкость изготовления готового изделия.

Таким образом, для листовой штамповки весьма актуальна задача оптимизации технологических процессов с целью повышения их технико-экономических показателей.

Управлять технологическим процессом можно, учитывая влияние сил внешнего трения. Большой вклад в изучение механизма и физико-химической природы трения при пластическом деформировании внесли ученые С.И. Губкин, И.М. Павлов, Е.И. Исаченков, Л.В. Прозоров, С Я. Вейлер, В.И. Лихтман, А.П. Грудев, В.Л. Колмогоров, Г.Л. Колмогоров, Е.М. Макушок, В.И. Казаче-нок, H.A. Корякин, И.Б. Покрас и др.

Наиболее ощутимый эффект в снижении сил трения можно получить, создавая режим жидкостного трения. В зависимости от схемы приложения де-

формирующих сил и схемы деформации режим жидкостного трения может быть создан либо за счет гидродинамического эффекта смазки, либо в результате принудительной подачи смазки в зону очага деформации.

В работах Е.И. Исаченкова и В.И. Казаченка определены реологические свойства смазок, определены условия создания режима жидкостного трения при различных операциях обработки металлов давлением.

Экранирование контактных поверхностей смазочной пленкой позволяет значительно снизить величину внешнего трения и тем самым полнее использовать пластические свойства деформируемого металла, повысить качество штампуемых деталей и стойкость инструмента. Однако в некоторых случаях вытяжки применение смазок высокой вязкости нежелательно из-за сложности их нанесения на поверхность заготовки. Маловязкие смазки в этих условиях не создают режим жидкостного трения. Возможным способом интенсификации процесса может выступить гидромеханическая вытяжка (ГМВ), основанная на подаче смазки в зону контакта заготовки с матрицей. Гидромеханическая вытяжка, предложенная и разработанная коллективом исследователей кафедры «МиТОМД» Ижевского государственного технического университета под руководством профессора В.И. Казаченка (Чаузов A.C., Михайлов Ю.О., Перевозчиков С.Г., Сабрикова Т.В. и др.), обладает значительными преимуществами по сравнению с обычной вытяжкой. За счет исключения вредного влияния сил трения на участках соприкосновения заготовки с матрицей и положительного использования их на участках контакта заготовки с пуансоном процесс ГМВ позволяет повысить допустимые степени деформации за переход, сократить число штамповочных и вспомогательных операций, повысить точность вытягиваемых изделий.

Учитывая положительные стороны ГМВ, становится актуальной задача оптимизации процессов листовой штамповки с использованием гидромеханической вытяжки. ГМВ может выступать как самостоятельный процесс изготовления деталей различной конфигурации, так и сочетаться с другими формоиз-

меняющими операциями. В последнем случае, гидромеханической вытяжкой получают качественный промежуточный полуфабрикат, а весь процесс изготовления детали становится экономически эффективнее по сравнению с базовым технологическим процессом, использующим только операции обычной вытяжки.

Решению этой задачи и посвящена данная работа.

ГЛАВА 1.

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1Л. Роль трения при вытяжке в жестких штампах

Возможности использования способности листового материала к пластическим деформациям при формообразовании деталей из листа, качество штампуемых деталей, стойкость инструмента в значительной степени определяются внешним трением между обрабатываемым материалом и инструментом.

Невозможно управлять технологическим процессом, не учитывая влияние сил внешнего трения. Роль трения особенно сильно проявляется при обработке давлением листовых материалов, поскольку с увеличением удельной поверхности возрастет также удельное значение сил внешнего трения в общем балансе сил при деформировании. В зависимости от схемы процесса и технологических требований к нему роль внешнего трения может быть как положительной, так и отрицательной, силы трения могут затруднять или облегчать процесс.

Так, при вытяжке в жестких штампах (рис. 1.1) силы трения между матрицей прижимом (/'?) и заготовкой противоположно направлены движению заготовки и оказывают сопротивляющееся, отрицательное действие (-). В то же время трение между заготовкой и пуансоном (Р4) способствуют протеканию процесса (+) [1].

Из всех составляющих силы трения наиболее значительной по абсолютной величине является сила трения на вытяжной кромке матрицы ^ и наименьшей - сила трения на цилиндрическом участке со стороны матрицы при правильно выбранном вытяжном зазоре. Сила трения на участке фланца заготовки .Р? имеет промежуточную величину. Соотношение между силой трения Ртр, ее составляющих ^ и общим усилием вытяжки Р показано на рис. 1.2. Соотношение между ¥тр и ее составляющими можно приближенно выразить в виде [1]

Р1*0,75Итр, Р2* 0,2Ртр, 1<3 * 0,051' (1.1)

Рис. 1.1 Схема действия сил трения при вытяжке в жестких штампах и роль трения на протекание процесса: р} ¥4 - силы трения; т- касательные напряжения; Р ~ усилие вытяжки

РI Ртру

Ръ МН

8

6

И

г

р /

У V У у г

/ //

Гг

0 0,1 0,2 0,3 0,4 /

Рис. 1.2. Изменение силы трения Ртр, ее составляющих Р\, р2 и усилия вытяжки Р в зависимости от коэффициента вытяжки /' (материал - сталь XI8Н9Т, толщина Бо=1мм, коэффициент вытяжки т=0,5) [1]

Влияние сил трения на величину растягивающих напряжений рассмотрено в работах [2 - 4]. В этих работах показано, что с увеличением сил трения напряжение растяжения в опасном сечении возрастает, причем наибольшее влияние оказывает составляющая, учитывающая силы трения на вытяжной кромке матрицы. Это приводит к увеличению утонения материала в опасном сечении, увеличению усилия и уменьшению допустимой степени деформации. Кроме того, силы трения по прижиму и матрице способствуют возможному возникновению задиров и царапин на поверхности детали, износу инструмента.

Уменьшение вредного влияния сил трения достигается путем разделения заготовки и инструмента смазками и покрытиями, применением инструмента из материалов, способствующих уменьшению коэффициента трения, применением специальных способов вытяжки.

Сила трения ^ приложена к контактной поверхности закругленной части пуансона и заготовки. Она действует в направлении движения пуансона, поскольку деталь, вытягиваясь и утоняясь в опасном сечении, перемещается относительно пуансона в сторону фланца. Сила трения 1и блокирует распространение растягивающих напряжений в опасном сечении, препятствует утонению стенки, разгружает донный и прилегающие к нему участки вытягиваемой детали. Сила трения ^ полезная, поскольку она перераспределяет напряжения в опасном сечении, уменьшая их. Чем она больше, тем утонение меньше.

Таким образом, снижая вредное и усиливая полезное влияние сил трения на заготовку, можно полнее использовать технологические возможности процесса.

1.2. Способы снижения сил трения при вытяжке листового материала

Наиболее ощутимый эффект в снижении сил трения можно получить, создавая режим жидкостного трения. Экранирование контактных поверхностей смазочной пленкой с низким сопротивлением сдвигу, определяемым физико-

механическими свойствами смазок, позволяет свести к минимуму величину внешнего трения и тем самым полнее использовать пластические свойства деформируемого металла, значительно снизить потребное усилие формоизменения и повысить стойкость инструмента.

В зависимости от схемы приложения деформирующих сил и схемы деформации режим жидкостного трения может быть создан либо за счет гидродинамического эффекта смазки, т.е. способности вязкой или вязкопластичной среды создавать так называемый «смазочный клин», выдерживающий значительные давления, либо в результате принудительной подачи смазки в зону очага деформации [5] .

В работах Е.И. Исаченкова [1,6] и В.И. Казаченка [5,7] определены реологические свойства смазок, определены условия создания режима жидкостного трения при различных операциях обработки металлов давлением.

Исследования этих ученых показали, что применение вязких смазок позволяет повысить качество вытянутых деталей, снизить растягивающие напряжения и удельную работу деформирования, уменьшить коэффициент вытяжки т {т = й / Д, где й - диаметр детали, IX - диаметр заготовки) на 20 - 30% по сравнению с рекомендуемыми коэффициентами при вытяжке в условиях граничного трения [1,7].

Однако в некоторых случаях вытяжки применение смазок высокой вязкости нежелательно из-за сложности их нанесения на поверхность заготовки. Маловязкие смазки в этих условиях не создают режим жидкостного трения. Поэтому вполне оправданы попытки, подавать смазку под высоким давлением в зону контакта заготовки с матрицей. На этом принципе основан процесс гидромеханической вытяжки (ГМВ) [5, 7, 8].

Особенностью процесса ГМВ является применение жесткого пуансона, имеющего форму и размеры получаемой детали, и жесткой матрицы с глухой полостью, заполненной рабочей жидкостью.

Давление в жидкости, необходимое для деформирования заготовки, может осуществляться двумя способами, определяющими и разные схемы ГМВ:

• схема ГМВ с вытеснением рабочей жидкости из полости матрицы через регулирующую аппаратуру (рис. 1.3);

• схема ГМВ с вытеснением рабочей жидкости через вытяжной зазор (рис. 1.4).

Вытяжка по первой схеме, разработанная фирмой 8МО (Германия) [117 - 122], протекает в условиях разделения поверхности матрицы и заготовки слоем рабочей жидкости на участках вытяжной кромки и боковой стенки.

Заготовка 2, прижатая прижимом 4, вытягивается пуансоном 3 через вытяжной порог, высота которого регулируется изменением давления жидкости. Для этой цели применяется дроссельное устройство. Проникновение жидкости на участок фланца заготовки предотвращается уплотнением 7. В процессе вытяжки жидкость вытесняется из полости матрицы через специальный дроссель 5, а после извлечения вытянутой детали подается в полость матрицы через обратный клапан 6.

Данная схема применяется для штамповки крупногабаритных, сложно-профильных деталей за один переход [117 -122].

Специальное оборудование изготавливается фирмами 8МО (Германия) и гБАБ (Чехия).

В результате того, что вытяжка заготовки происходит через вытяжной порог, на участке вытяжной кромки матрицы и на цилиндрическом участке вместо контактного трения поверхностей матрицы и заготовки (/'/, /<}, см. рис. 1.1) присутствует жидкостное трение. И только на участке фланца заготовки имеет место граничное трение, так как проникновению жидкости на этот участок препятствует кольцевое уплотнение.

Противодавление, оказываемое со стороны матрицы, не ухудшает, а улучшает условия деформирования заготовки в результате интенсивного прижатия ее к стенкам пуансона. При таком прижатии возникают полезные силы

Г

/ г 1 * А

Рис. 1.3. Схема ГМВ с вытеснением рабочей жидкости из полости матрицы через регулирующую аппаратуру: 1 - матрица; 2 - заготовка; 3 - пуансон; 4 - прижим; 5 - дроссель; б - обратный клапан; 7- уплотнение; Р -усилие вытяжки; <2 -усилие прижима; г - касательные напряжения

Рис. 1.4. Схема ГМВ с вытеснением рабочей жидкости

из полости матрицы через вытяжной зазор: 1 - матрица; 2 - заготовка; 3 - пуансон;