автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Разработка методов выбора параметров режима и технологического припуска заготовок при проектировании малоотходовых способов вытяжки кузовных деталей

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ И ВЫБОР МЕТОДОВ

РЕШЕНИЯ.

1.1. Анализ имеющихся рекомендаций по определению размеров технологического припуска заготовок для вытяжки.

1.2. Анализ использования Ш и ПР для выполнения требований к работе прижима.

1.2.1. функции ПП и ПР.

1.2.2. Устранение с помощью ПП и ПР волнистости "свободной" поверхности металла заготовки 20 в матрице

1.2.3. Использование ПП и ПР для создания пластических деформаций в центральной части за- 41 готовки.

1.2.4. Использование ПП и ПР для "контроля течения металла".

1.2.5. Использование ПП и ПР для выравнивания напряжений во фланце вытягиваемой заготовки и повышения устойчивости пластического 44 течения фланца.

1.2.6. Создание упрочнения вытягиваемой заготовки

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСГШШШТАЛШШ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЕРЕТЯ- „

ШВАНИЯ ФЛАНЦА ЗАГОТОВОК ЧЕРЕЗ ПП И ПР.

2.1.1. Анализ результатов экспериментальных исследований деформированного состояния перетягиваемого металла через ПП и ПР.4Ь

2.1.2. Анализ результатов теоретических решений по исследованию деформированного состояния полосы при протягивании через ПП и ПР

2.2. Теоретический анализ деформирования полосы при протягивании через ПП и ПР.

2.2.1. Принятые допущения.

2.2.2. Расчет напряжений в участках полосы, находящихся на ПП и ПР.

2.2.3. Математическая модель напряженно-деформированного состояния полосы при единичном изгибе с растяжением.

2.3. Анализ результатов расчета на ЭВМ процесса перетягивания широкой полосы через Ш и ПР.

2.3.1; Сравнение расчетных данных с экспериментальными

2.3.2. Анализ возможности устранения волнистости в вытягиваемом металле за счет одноосного пластического растяжения.

2.3.3. Оценка возможности пластического сжатия стенок вытягиваемого изделия при действии Q сжимающих напряжений.У

2.3.4. Особенности деформирования на Ш и ПР. . . До

2.4. Экспериментальные данные об особенностях вытяжки кузовных деталей о использованием перетяжных порогов и ребер.III

3. РАЗРАБОТКА. И ВНЕДРЕНИЕ МАЛООТХОДНОГО СПОСОБА ВЫТЯШ КУЗОВНЫХ ДЕТАЛЕЙ ПРИ ПРЕИМУЩЕСТВЕННО 0ДО0СН0М НАТШЕНИИ ЗАГОТОВОК В ОБЬННЫХ ВЫГЯШЫХ ШТАМПАХ.

3.1. Возможности использования ПП и ПР для пластического формообразования листовых деталей.

3.2. Описание малоотходного способа вытяжки с натяжением заготовки парой параллельных перетяжных порогов (или ПР).

3.3. Реализация предложенного способа вытяжки в производстве

4. ВЫТШКА АВТОКУЗОВНЫХ ДЕТАЛЕЙ С ФИГУРНЫМ ТЕШОЛОГШСШ'Л ПРИПУСКОМ.

4.1. Обоснование применения режимов вытяжки с ослабленным торможением фланца в конечный момент вытяжки.

4.2. Организация производства и применение ФТП

4.3. Определение формы ФТП.

4.4. Область рационального применения заготовок с ФШ.

4.5. Повышение эффективности применения ФТП при использовании Ш и ПР.

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ.

Актуальность работы. В основных направлениях экономического и социального развития СССР на I981-1985 годы, принятых на 26 съезде КПСС записано: "На основе использования достижения науки и техники:.'.V шире применять шлоопе рационные, малоотходные и безотходные технологические процессы,[ I, с. 145].

Внедрение малоотходных процессов, позволяющих экономить металл - непременное условие совершенствования технологии автотракторного производства. Основной формоизменяющей операцией, при помощи которой получают детали кузова автомобилей и тракторов, является вытяжка тонколистовых заготовок в штампах двойного действия. В этих процессах наибольшую экономию металла на стадии вытяжки достигают за счет уменьшения технологического припуска загото-вок-периферийной части заготовок, идущей после обрезки в отход. На размеры (и шссу) технологического припуска (ТП) существенно влияет выбор формы, прижима вытяжного штампа, функцией которого является деформация фланца и создание определенного натяжения вытягиваемой заготовки. Для натяжения заготовки, на прижиме используют перетяжные ребра, устанавливаемые в один или в два ряда; а также перетяжные пороги. Трудности математического описания процессов вытяжки автокузовных деталей, связанные, в первую очередь, со сложностью форш деталей, не позволяют до последнего времени достаточно подробно моделировать эти процессы с выбором условий течения металла, обеспечивающих заданное качество деталей и экономный расход металла. Поэтому наряду с созданием теоретических методов исследования процесса вытяжки в целом, важное значение имеют также решения локальных задач анализа течения металла через пороги и ребра с целью разработки рекомендаций по проектированию малоотходных процессов вытяжки.

До последнего времени не было достаточно четких рекомендаций по выбору для различных случаев вытяжки рациональных форм и размеров прижимов вытяжных штампов, определяющих величину ТП, остающуюся в конечный момент вытяжки на прижиме. Анализ действующих в производстве технологических процессов показывает, что часто для деталей аналогичных форм и размеров для натяжения используются различные вида прижимов: и перетяжные ребра, требующие максимума ТП, и перетяжные пороги, требующие минивдема ТП, что приводит в ряде случаев к неоправданному расходу металла. В то же время, четко определившаяся тенденция использования только ПП, а не ПР, требует более подробного изучения различий в создаваемых режимах торможения ПП и ПР для избежания использования на практике необоснованных решений или, наоборот, для подтверждения правильности выбранного направления конструирования вытяжных штампов и разработки мероприятий повышающих эффективность использования ПП.

В диссертации проведены исследования и изучение закономерностей процесса вытяжки кузовных деталей с целью разработки рациональных схем вытяжки, методов выбора вида прижима, его параметров, а также размеров и массы ТП, обеспечивающих минимальное потребление металла при высоком качестве вытягиваемых кузовных деталей.

На защиту вынесены следующие полученные автором положения и результаты работы:I. На основании известных уравнений теории изгиба широкой полосы впервые решена задача о перетягивании фланца заготовок через перетяжные пороги и ребра. Показано хорошее соответствие результатов расчета по теоретической модели с экспериментальными данными. В результате проведенного теоретического исследования процесса перетягивания:установлены возможности ПП и ПР по устранению дефектов формы кузовных деталей - волн и хлопу нов;теоретически и экспериментально обоснованы возможности вытяжки кузовных деталей за счет использования схемы преимущественно одноосного натяжения заготовок в обычных штампах с использованием ПП и ДР и ТП уменьшенных размеров.

2. Разработаны методы выбора вида прижима и его параметров, размеров и формы ТП для малоотходных процессов вытяжки кузовных деталей, •3. Разработан и внедрен в производство усовершенствованный малоотходный процесс вытяжки деталей в обычных вытяжных штампах с использованием ПП и ПР при преимущественно одноосном натяжении заготовки.

4. Обоснован, разработан и принят к внедрению малоотходный способ вытяжки деталей из заготовок с фигурным технологическим припуском.

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. В результате теоретического и экспериментального исследования процесса вытяжки с использованием ПП и ПР установлено, что при перетягивании фланца через ПП и ПР существует период неустановившегося движения (ПНД), в течение которого происходит рост усилия торможения (для ПП и ПР размеров и форм, обычно используемых на практике - на 20-25%), который при определенных соотношениях параметров ПП (или ПР) в процессе вытяжки приводит к значительному пластическому растяжению "свободных" участков заготовки, находящихся в полости матрицы и недеформированных ранее на прижиме.

2. Установлено, что участки заготовки, деформированные перед входом в полость матрицы на прижиме, из-за упрочнения получают такие механические свойства, что не могут деформироваться за очет создаваемого со стороны ПП (или ПР) натяжения. Они получают пластические деформации растяжения от знакопеременного изгиба с растяжением на кромках ПП и ПР, которые могут превышать деформации равномерного одноосного растяжения материала заготовки.

3. Для устранения волн в части заготовки, находящейся в полости матрицы, в участках, ранее недеформированных на прижимах, за счет натяжения со стороны прижима необходимо длину деформирующей зоны прижима выбирать таким образом, чтобы весь процесс вытяжки осуществлялся в ПНД.

4. Показано, что для экономии металла и обеспечения качества кузовных деталей необходимо целенаправленное изменение конструкции кузовных деталей, получаемых вытяжкой - максимально допустимое уменьшение глубины детали, введение выштамповок на поверхности деталей, обеспечивающих дополнительное натяжение заготовки при смыкании матрицы и пуансона и устранение на ней возникающих при

1УЬ вытяжке волн, что подтверждается современной тенденцией изменения формы кузовных деталей автомобилей у нас в стране и за рубежом.

5. При использовании ПП (ПР), обеспечивающих возможность перетекания через них металла, в части заготовки, недеформированной на ПП (ПР), возможно достижение пластических деформаций, равных и больших (в ряде случаев в 2,5 раза), чем при жестком зажиме на ПП и ПР, поэтому процессы формообразования деталей за счет одноосного натяжения заготовок можно проводить в обычных вытяжных штампах.

6. Доказано отсутствие по окончании ПНД формообразования части заготовки в полости матрицы за счет натяжения со стороны прижима, что позволило обосновать и разработать малоотходный способ вытяжки кузовных деталей из заготовок с фигурным технологическим припуском, применение которых возможно в том случае, если при вытяжке деталей со сплошным технологическим припуском сжимающие напряжения во фланце не приводят к его выпучиванию. Экономия металла от использования заготовок с фигурным припуском получается при раскрое исходного материала - рулона или мерного листа.

7. Полученные выводы теоретического и экспериментального анализа процессов вытяжки кузовных деталей с использованием порогов и ребер позволили внедрить на ЗИЛе малоотходный способ вытяжки по схеме преимущественно одноосного натяжения заготовок в обычных вытяжных штампах трех кузовных деталей с реальным экономическим эффектом 50 тыс.руб., а также разработать и подготовить к внедрению малоотходную технологию вытяжки кузовных деталей из заготовок с фигурным технологическим припуском.

196

1. Материалы ХОТ съезда КПСС М.: Политиздат, I98I.-223 с.

2. Башяров Р.Я. Торможение листовой заготовки перетяжными ребрами Кузнечно-штамповочное производство, 1978, № 9, с.18-20.

3. Бебрис А.А. Устойчивость заготовки в формообразующих операциях листовой штамповки Рига, Зинатне, 1978. - 125 с.

4. Внедрение малоотходных процессов вытяжки кузовных деталей с применением параметров перетяжных порогов /Г.П.Тетерин, Е.Ю. Верхов и др. Сб. Экспресс-информация. Технология. М.: ЦНИЙТЭЙ-тракторсельхозшш, 1984, вып. 115, с. 1-8.

5. Головлев В.Д. Расчеты процессов листовой штамповки. JI.: Машиностроение, 1984. 136 с.

6. Грин А.Н. Теория пластически изгибаемых консолей и балок- Сборник переводов и обзоров иностранной литературы. Механика, 1955, № 4, с. 79-92.

7. Жарков В.А. Кинематика течения фланца листовой заготовки- Изв. вузов. Машиностроение, 1975, №11, с. 127-130.

8. Звороно Б.П. Чистый пластический изгиб и выпрямление широкой полосы Кузнечно-штамповочное производство, 1966, № I,с. 15-18.

9. Звороно Б.П. Растяжение кривой полосы на цилиндрической оправке Кузнечно-штамповочное производство, 1970, № 3, с. 23.

10. Исаченков Е.И. Контактное трение и смазки при обработке металлов давлением М.: Машиностроение, 1978. - 208 с.

11. Колмогоров В.М. Напряжения, деформации, разрушения. М.: Металлургия, 1970. 336 с.

12. Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести М.: Машиностроение, 1968. - 400 с.

13. Малоотходная вытяжка деталей из листовых заготовок с фигурными краями /В.А.Жарков, Г.П.Тетерин, Е.Ю.Верхов и др. Куз-нечно-штамповочное производство, 1983, Л 7, с. 13-15.

14. Матвеев А.Д. Пластический изгиб листа при неизменной толщине Изв. вузов, Машиностроение , 1983, J6 I, с. 12-18.

15. Матченко Н.Н. и др. Пластический изгиб широкой анизотропной полосы Исследования в области пластичности и ОМД, Тула, 1978, с. 67-70.

16. Москвитин В.В. Пластичность при переменных натру же ниях Изд-во МГУ, 1965. - 263 с.

17. Мошнин Е.Н. Исследование пластического изгиба Элементы теории и новые процессы обработки штампов давлением: Сб. тр. ДЩИИТМАШ; вып. 62, М.: Машгиз, 1954, с. 27-101.

18. Мошнин Е.Н. К вопросу теории пластического изгиба Некоторые вопросы технологии тяжелого машиностроения: Сб. тр. /ЦНИИТ-МАШ; вып. 98. М., Машгиз, I960, с. 229-237.

19. Норицын И.А., Шехтер В.Я., Цой Д. Торможение листовой заготовки перетяжными ребрами и порогами при вытяжке деталей сложной формы ^узнечно-штамповочное производство, 1971, № 3, с. 18-21.

20. Погорелов А.В. Геометрические методы в нелинейной теории упругих оболочек М.: Наука, 1964. - 280 с.

21. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки М.: Машиностроение, 1977. - 278 с.

22. Попов Е.А. О теории изгиба широкой полосы Вестник машиностроения, 1963, № 10, с. 58-60.

23. Прудников М.И. Разрушение и минимальный радиус изгиба1УВ- Инженерные методы расчета технологических процессов обработки металлов давлением. М.: Государственное изд-во литературы по черной цветной металлургии, 1964, с. 323-327.

24. Ренне И.П. Изменение толщины листовой заготовки при чистом изгибе Сб. тр. /Тульский механический институт; Оборонгиз, 1950, вып. 4, с. 163-176.

25. Ренне И.П. Скорость деформации при чистом пластическом изгибе Исследования в области пластичности и ОМД, Тула, 1983, с. 19-25.

26. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке М.: Машиностроение, 1979. - 520 с.

27. Рябов В.Г. Совершенствование элементов процесса обтяжки с растяжением, с целью повышения его технологических возможностей- дисс. . канд. техн. наук, М., 1983. 213 с.

28. Сафронов Ю.Ю. О закономерностях изменений напряжений и деформаций при повторном нагружении Сб. тр. /Казанский авиационный институт; Казань, 1959, № 46.

29. Серепьев В.В. Построение вытяжных переходов для деталей сложной формы М.: Машиностроение, 1964. - 97 с.

30. Серепьев В.В. Влияние перетяжных порогов на торможение заготовки под прижимом Кузнечно-штамповочное производство, 1966, JJ? 9, с. 17-21.

31. Серепьев В.В. Напряженно-деформированное состояние листовой заготовки при перетягивании через закругленную кромку- Кузнечно-штамповочное производство, 1965, № 10, с. 22-24.

32. Теория пластических деформаций металлов /Е.П.Унксов, У.Джонсон, В.Л.Колмогоров и др.; Под ред. Е.П.Унксова, А.Г.Овчинникова М.: Машиностроение, 1983. - 598 с.

33. Томленов А.Д. Теория пластического деформирования металла М.: Металлургия, 1972. - 408 с.

34. Томленов А.Д. Пластическое течение в процессах сложной вытяжки листовых металлов Кузнечно-штамповочное производство, 1968, № 7, с. 16-20.

35. Третьяков А.В., Згозин В.й. Механические свойства металлов и сплавов при обработке металлов давлением М.: Металлургия, 1973. - 224 с.

36. Цой Д. Исследование торможения листовой заготовки перетяжными ребрами и порогами при вытяжке облицовочных деталей автомобиля дис. . канд. техн. наук, М., 1969. - 218 с.

37. Хилл Р. Математическая теория пластичности М., ГИТ Л, 1956. - 407 с.

38. Чиченев Н.А., Кудрин А.Б., Полухин П.И. Методы исследования процессов обработки металлов давлением М.: Металлургия, 1977. - 311 с.

39. Ширшов А.А. Исследование пластического изгиба листа с учетом упрочнения Изв. зузов. Машиностроение, 1965, № 7, 164-174.

40. Ширшов А.А. Пластический изгиб при больших деформациях -автореферат дис. канд. техн. наук, М., 1967. 12 с.

41. Экспериментальная штамповка заднего усилителя капота автомобиля "ЗШ1-130П методами вытяжки с растяжением /В.В.Никифоров, К.П.Шитиков и др. Технология автомобилестроения, М.: НИИНавто-пром, 1980, J6 12, с. 4-7.

42. РТМ 37.002.0249-72 Штамповка кузовных деталей обтяжкой с растяжением М., НШТавтопром, 1978.

43. РТМ 200 37.101.005-03 Вытяжка деталей с применением перетяжных порогов Тольятти, ВАЗ, 1983.

44. Purfui £., YosA tela И. M&asuteman-b P/ie.

45. Mean P&c-LfL'O/? (officie/it c/7 c/tcy^//7g -InbetncrtionaP

46. PJoaz.naB P/ae/une РвоР ofes/Q/i аля/ ггзеяьзЛ,1. V. <?,*//, /9-2449 .Jwtficfi/ Y.^Hitayotf/ ft* Изгиб толстой широкой полосы из литой стали ч. I Нихон дзосэй гаккай ромбунсю РР- SoC.t^U.JcLfi., /974, * /3S, 293-<295.

47. P/aseP l/. вееа/Ра^с/п^ срез Ms t № lofjf&sss eS с/аъсЛ Ipc/ctsPtte ялг/е^еъ, /979, d1. ОО- /О/.bl.P/tl#etiL. Finf&'efifv^z иле/ in S^a/jgetetj Рт-^р/ьх/еъ/Ря^пдел и^Ы

48. Settled\ /<Э /09, 463-965.52. /<av«a.sA,fnct M., Sug/meito M. равномерный изгибанизотропной полосы при растяжении Сосэй то како P/.P/tz/?- Р>ес, Teeirw-P. P&L3-6., /977, * */£О0, 73/, 73S

49. Haw<zs£/m<z /Ц Su^/m^Po M.t Saito Р(. Анализнеоднородного изгиба с растяжением Сосэй то како J.Uctfr. Soe. Tecln^e. p-fast, /976, « /7. л//9р>. /S3-/39.

50. M/ie /P.J). PDtccvf^eaoP ^аьвгг /п sAee-P (jot/n/nef НееЯ MePa£s /^ш//?^ P/аРе^с . ВеЛя\/. ало/ 2)efozurxZ-6,tot7 Ръос. Sc/mfi. Vfattes?; H/cA /97P A/eur-YotA- lona/en, /97 ft /79-^o 71. D/scuss, Z07-2/Y.

51. Painrie'c fi.X, Pea<cce Me-Liz£сбииг&яа/ SA^ Zn^s-l^976, v:S3y л/Z S2-/9.

52. Stf/Jt 77.1/'. fng./necvr?^, « 736, J33-36 7. .SivtsseT /Т 774 use о/ in o/vtLur/fi^dies Тоо-йл?, S973, </.27, 7, S5-S9.

53. Sc/^irw£>-bo M., sSau'-io И Исследование пластического изгиба анизоторопной полосы 1968, \А Н, 3^-46.59. l/etztt-Ls 7/., fu^z ^-^czs^ctL о/ ДгмгТь^з?/ s-^&d /ne-dctJj

54. Jowcndd о/ TJ&z/tetsis'&zJ? Set ^79^7,/Z^ JS-S/.60. ttfeto/e/ncz/? C< T^k ^^/isftAd^a/s'n^focmaJtdty . fixe. IDD^G, /PSt'er? Cbs?^

55. Пат. ГДР № 125604, авт. изобрHy£t'/ifee*tF. заявл. 29.04.76, № 192569, опубл. 4.05.77.v 'n )f /Главный''-' йда0££динения KfA. Степашкин1. WF&tfM/Uf 1985 г.1. АКТ

56. Указанное мероприятие внедрено в производство в прессовом корпусе в январе 1985 года.1. М.27551-84. .1. Начальник ТУ

57. Начальник прессового корпуса

58. Начальник техчасти прессового корпуса1. И.П. Перелыгин1. В.Ф. Заруцкий

59. Панель двери наружная правая и левая дет.I30-6I0I0I4/15 -изготавливается методом листовой штамповки в цехо ЗиЛ-130 прессового корпуса с нормой расхода 10,185 кг.

60. В целях принятия решения по данному предложению цехом • ремонта штампов прессового корпуса была проведена работа по переделке вытяжных штампов Ш-130-108/109 и произведена экспериментальная штамповка крупной партии деталей (17 тыс.штук).

61. В результате проведенного эксперимента было принято решение об изготовлении детали I30-6I0I0I4/0I5 из карточки размером 0,9 х 930 х 1500.

62. Внедрение в производство данного мероприятия позволило снизить норму расхода до 9,970 кг с условно-годовым экономическим эффектом 262^2-рубля.

63. Основание: комплексный план развития науки и техники на 1985 год, утвержденный, генеральным директором объединения о? Jfyyj

64. Годовая программа 1985 года - 486II5№ п/п!1. Показатели1. ЕД. ! ! изм.!1. До ! внедрения !1. После внедрения

65. Наименование и марка металла2. Сечение3. ГОСТ4. Норма расхода металла на1.деталь5. Цена металла за I кг6. Возвратные отходы7. Цена отходов1. Изменение проведено .

66. В.Т. Лиманвк ув.Ф .""Заруцкий Бричикива В.А. Морозов Ю.А. Зверочкина