автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Вытяжка с утонением тонкодонных корпусов в конических матрицах

На правах рукописи

ЧЕРНОВА Юлия Викторовна

ВЫТЯЖКА С УТОНЕНИЕМ ТОНКОДОННЫХ КОРПУСОВ В КОНИЧЕСКИХ МАТРИЦАХ

Специальность 05.03.05 - Технологии и машины обработки давлением

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула 2006

Работа выполнена на кафедре «Механика пластического формоизменения» в ГОУ ВПО «Тульский государственный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

ЕВДОКИМОВ Анатолий Кириллович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

КУЗИН Владимир Федорович

кандидат технических наук, профессор ШМЕЛЁВ Владимир Евдокимович

Ведущая организация: ФГУП «Государственное научно- про-

изводственное предприятие «Сплав».

Защита состоится " декабря 2006 г. в /Г часов на заседании диссертационного совета Д 212.271.01 при ГОУ ВПО «Тульский госу-дарствен-ный университет» (300600, г. Тула, ГСП, проспект Ленина, 92, ауд. 9-101).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Тульский государственный университет».

Автореферат разослан " ноября 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета — А.Б. Орлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. у.;. ;

ч асовременном машиностроении возникает необходимость применения нестандартных по своим характеристикам деталей: предъявляются повышенные требования к их конструкции, качеству изготовления, используемым материалам, которые не всегда удовлетворяются существующими технологиями. • : ; , .

Наиболее перспективным направлением в металлообрабатывающей промышленности является холодная объемная штамповка, в частности, вытяжка с утонением широкой номенклатуры деталей. Среди преимуществ такой операции можно отметить низкую энергоемкость, высокие точность и качество поверхностей изготавливаемых деталей. 1 > г

Вытяжкой с утонением в основном получают детали с толстым дном, что ограничивает ее применение для изготовления других видов изделий. Например, для корпусов электромагнитных датчиков, применяемых в антиблокировочных системах тормозов автомобилей, основным требованием по конфигурации их является тонкодонность. В этом случае вытянутые толстодонные полуфабрикаты приходится подвергать финишной механической обработке, что сказывается либо на качестве получаемых изделий, а соответственно, и работе датчиков, либо на стойкости инструмента. Кроме того, вытяжка длинноосных деталей из листа толщиной, равной толщине дна, характеризуется многооперационностью технологического процесса, увеличенной трудоемкостью изготовления и сужением номенклатуры получаемых изделий по отношенщо толщин стенки и дна...

Поэтому стоящие перед технологами задачи, связанные с повышением производительности, а также с решением проблем получения качественных тонкостенных цилиндрических стаканов с тонким дном из высокопрочных и антикоррозионных металлов, являются актуальными. : ; ? г х • ; , г?; г.о-г < Часть исследований выполнена при, поддержке Российским фондом фундаментальных исследований №03-01-96377, .тема^«Исследование законо? мерностей нестационарного течения при обратном выдавливании заготовок в сложнопрофильной матрице», 2003 г.; №04-01-96705, тема «Технологическая деформируемость шхакированных биметаллических сталь-никелевых заготовок в условиях плоской и объемной дефррмации» и гранта Президента РФ для поддержки ведущих , научных школ №НШ 1456.2003.8 и , № НШ 4190.2006.8.; аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного. потенциала ^высшей школы» (2006 - 2008 гг.) по проекту РНП 2.1.2.8355. , "г •^аттч^п:,. . •„...». ь^-дн^

Р , Цель работы. Совершенствование технологии изготовления, тонкодонных корпусов с использованием конических матриц для многооперационной вытяжки с утонением стенки. ; ? ,, . с •■■„..

Задачи исследования.

1. Рассмотреть процесс вытяжки с утонением цилиндрических деталей с различным соотношением толщины дна к стенке.

2. Разработать комплексную модель процесса вытяжки с утонением тонкодонных стаканов в конических матрицах на основе совместного опорного решения разрывных полей скоростей и напряжений с учетом различного трения на контактных границах.

3. Произвести оценку ресурса пластичности и возможности разрушения материала в стенке и дне тонкодонных корпусов при вытяжке с утонением стенки.

4. Установить зависимости силовых, деформационных и ресурсных параметров от режимов деформирования и геометрии инструмента при вытяжке с утонением тонкодонных деталей.

5. Применить разработанную комплексную модель для вытяжки с утонением тонкодонных деталей в двухконусной матрице с оценкой их качества.

6. Разработать технологию для изготовления тонкостенных цилиндрических стаканов с тонким дном из коррозионно-стойких сталей.

Методы исследования. Энергетические методы, основанные на экстремальных принципах теории пластичности; моделирование на ЭВМ с использованием программных пакетов Maple, Visio и AutoCAD; экспериментальные методы с использованием современных испытательных машин и регистрирующей аппаратуры.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Разработанная комплексная модель процесса вытяжки с утонением тонкодонных стаканов в конических матрицах с помощью совместного решения разрывных полей скоростей и напряжений с учетом различного трения на контактных границах.

2. Расчет ресурса пластичности и определение возможности разрушения материала в стенке при вытяжке с утонением тонкодонных полуфабрикатов на базе разработанной комплексной модели.

3. Установленные зависимости силовых, деформационных и ресурсных параметров от режимов деформирования и геометрии инструмента при вытяжке с утонением тонкодонных деталей в одно- и двухконусных матрицах, полученных на основе решения созданной комплексной модели.

4. Разработанная технология для изготовления тонкостенных цилиндрических стаканов с тонким дном из коррозионно-стойких сталей с использованием двухконусной матрицы. »

Научная новизна. На основе совместного решения уравнений для разрывных полей скоростей и напряжений при вытяжке с утонением тонкодонных полуфабрикатов в конических матрицах с учетом различного трения на контактных границах выявлены зависимости силовых и деформационных параметров и возможности формоизменения без разрушения от геометрии

вытяжного инструмента, режимов деформирования и значений трения на контактных границах.

Практическая значимость. Разработаны рекомендации по проектированию технологических процессов изготовления тонкостенных цилиндрических стаканов с тонким дном из коррозионно-стойкой стали с использованием многооперационной вытяжки с утонением стенки в двухконусных матрицах.

Получены рекомендации по выбору геометрии инструмента при различных режимах деформирования, которые позволяют достигать при вытяжке с утонением отношения толщины дна к толщине стенки полуфабриката до 0,25.

Созданы алгоритм и программы для расчета силовых, деформационных и ресурсных параметров вытяжки с утонением стенки тонкодонных деталей в конических матрицах.

Реализация работы. Методика расчёта технологии получения тонкодонных корпусов была использована на ОАО «Тульский патронный завод», г. Тула.

Апробация работы. Материалы настоящей работы представлялись на следующих конференциях и выставках:

- ежегодных профессорско-преподавательских конференциях кафедры МПФ ТулГУ (2003-2006 гг.);

- Международных молодежных научных конференциях «Гагаринские чтения» (Москва, МАТИ - РГТУ им. К.Э. Циолковского, 2002, 2003 гг.);

- IX Международной выставке молодежных научно-технических проектов «ЭКСПО-НАУКА 2003», Международном; молодежном научном конгрессе «Молодежь, Наука. Общество», Ассамблее Международного молодежного научного движения под девизом «Судьба планеты в руках молодых» (Москва, ВВЦ, 2003 то :

-1 Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Идеи молодых — новой России» (Тула, ТулГУ, 2004 г.). ¡ и г v r ~

Полученные награды:

- Диплом лауреата Всероссийского конкурса. молодежных проектов «Ползуновские гранты» (Россия, Барнаул, 2002 г.); , , / , , , п гк -

- Медаль и Диплом лауреата IX Международной выставки молодежных научно-технических проектов «ЭКСПО-НАУКА 2003 (ESI'2003, Moscow)» и Международного молодежного научного конгресса «Молодежь. Наука. Общество» (Москва, ВВЦ, 2003 г.);

v : > - Серебряная медаль и Диплом Международного Жюри, Диплом почтения и благодарности на VII Московском Международном салоне промышленной собственности <<Архимед 2004» (Москва, ВЦ «Сокольники», 2004 г.); r и - Диплом лауреата 2 степени I Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Идеи молодых — новой России» (Тула, ТулГУ, 2004 г.).

Публикации. За время проведения исследований было опубликовано по теме диссертации 11 научных работ (общий объем - 2,3 печ.л.; личный вклад - 1,6 печ.л.), в т.ч. 3 публикации в ведущих рецензируемых изданиях, включенных в список ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, заключения, списка литературы и приложения. Диссертация изложена на 101 странице машинописного текста, содержит 66 рисунков, 11 таблиц и 104 наименований библиографического списка. Общий объём работы 126 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность работы, научная новизна и практическая ценность, а также изложено ее краткое содержание.

В первой главе дан обзор работ, освещающих современное состояние вопросов вытяжки полых цилиндрических деталей, способов и условий проведения вытяжки с утонением стенки. Существенный вклад в развитие теории и технологии вытяжки внесли А.Ю. Аверкиев, Н.П. Агеев, С.А. Валиев, Г.А. Данилин, У. Джонсон, А.К. Евдокимов, В.Л. Колмогоров, В.В. Каржа-вин, В.Ф. Кузин, А.Г. Овчинников, Е.А. Попов, И.П. Ренне, В.П. Романовский, Р. Хилл, Л.А. Шофман, С.П. Яковлев, С.С. Яковлев и др.

Проведенный анализ исследований, связанных с изготовлением деталей типа стакана с различным отношением толщины дна и стенок, показал, что проблема вытяжки с утонением корпусов с тонким дном практически не исследована.

На основании проведенного обзора сформулированы цели и задачи данного исследования.

Во второй главе приведены основные уравнения энергетического метода, с помощью которых была создана комплексная модель вытяжки с утонением тонкодонного полуфабриката в конической матрице на основе совместного опорного решения разу рывных полей скоростей и напряжений с учетом различного трения на 2 контактных границах (рисунок 1).

Данный подход в вариационной по-у^ становке был предложен В.Л. Колмогоровым к решению задач по волочению труб с учетом трения на волоке.

На рисунках 1 и 2 очаги пластической деформации представлены в Рисунок 1-Схема вытяжки с утонением виде блоков 2, заготовка - блоков 3, тонкодонного стакана в конусной мат- получающееся изделие - блоков 1. годо^аафРаЗРЫВНОе ПОЛС СКОрОСТеЙ; 6" Параметрами очага деформации, опре-

делающими его форму и размер, являются для разрывных полей: скоростей -хв, напряжений - хн. Причем, на контактных границах для первого разрывного поля действует прандтлево трение шм и шп - на матрице и пуансоне соот- * ветственно, для второго — кулоново и р.п; Рп - сила, приложенная к пуансону, РП=Р + ТП , где Р - тянущая сила, воспринимаемая стенкой детали, Т„ — сила трения на пуансоне; 0 — сила давления пуансона на ее дно, причем, ОгР.

Составляя баланс мощностей внутренних и внешних сил (см. рисунок 1) и минимизируя полученную функцию по параметру хв, определяем уравнения безразмерной удельной силы и параметра очага пластической деформации (1).

Р _xe2(T + t + mn(J-t))-xea(2t{\-mn) + Tmn) | ЩТ + t) + a2t(l-mn) + mm(T-t)Tt(l + ctg2a) 2к~ 2tT(xe+tctga) 2tT(xe+tctga)

' sinalj

\T+t+mJT-i) t

j T+t+m„(T-t) ~tga' T-iW; t~D -d.

Решение статически возможного поля напряжений сводится к составлению уравнений равновесия блоков (рисунок 2) совместно с условием текучести, выраженным через диаграмму кругов Мора (рисунок 3). Ранее нижняя оценка с использованием полей разрыва напряжений, решенная с помощью кругов Мора, была получена У. Джонсоном для волочения полосы через клиновые матрицы без трения и Л.Г. Степанским для выдавливания полостей.

(1)

Рисунок 2 - Статически возможное поле напряжений в блоках: 1 - изделия; 2 - очага пластической деформации; 3 -заготовки

Наличие трения на контактных поверхностях материала и инструмента приводит к изменению направления главных напряжений в этих областях, которые определяются с помощью формулы:

дК = ~± (—+ 0,5 arccos * 2 4

lnp

где к — номер блока;

5К- угол между направлением первого главного напряжения (ст^ к в соответствующем блоке и осью X;

а - угол наклона контактной поверхности к оси X; Шсонт _ коэффициент трения Кулона, действующего на контактной поверхности в /г®1 блоке (щ, или

цпр- предельно-допустимое значение коэффициента трения Кулона.

Причем знак (-) в формуле (2) берется, когда трение активное, а (+) -когда трение реактивное.

Рисунок 3 - Круги Мора для напряженного состояния в блоках при вытяжке с утонением в одноконусной матрице

Построение кругов Мора, описывающих статически возможное поле напряжений, позволяет определить напряженное состояние на поверхностях разрыва напряжений, например, касательные напряжения т23, Т12, Сш, а так же разрывы в напряжениях лг-^\\г~ _ и с/^з-о7сз= 4- г|з )

(рисунок 3).

После определения напряжений ст„2з, оп12, т2з, 112 и подстановки их в уравнения равновесия блоков получаем зависимость для вычисления искомого напряжения вытяжки (удельной силы деформирования):

(I2 - хн2Х( В2 - А2 )хи -2 Ш ) + 2хм1(2ААх „ + <(В 2 - Л1))

Р 2 к

О2 + *„2)*и

(Г2 - (я - хи)2Х(В2 - А2Х.Т2 - и ~ *„)> + 2 АВ (а - х„ + цлТ)) -~ 2Т(.а - хИХ2ЛВ (Г2 - ц „ (я - *, )) - (Д 2 - Л2Ха - + ц „Т ))

(Г2 + (а - * * ) 2 )( Г 2 -*,(«-*»)

А = бш ¿2 =Бт(—+(—+4агссо5-^-));5 = со8<5г = соб(— + (—+-г агссов

2 4 2 Мпр 2 4 2 Мпр

где А и В (2).

- переменные, определяемые в зависимости от трения с помощью

вытяжки от угла скоса матрицы при вытяжки от степени деформации при различных степенях деформации (РПС) различных углах скоса матрицы (РПН)

Определено влияние степени деформации г, условий внешнего трения на матрице и пуансоне, геометрии инструмента а на величину сил вытяжки с утонением, найденных с помощью разрывного поля скоростей (РПС) и напряжений (РПН) (рисунки 4 и 5). Выявлены оптимальные углы скоса матрицы, при которых снижается технологическая сила, повышаются стойкость инструмента и качество изделий.

Показано, что при пран-дтлевом трении на матрице и пуансоне (mM=0.1, /яп=0.2) и эквивалентном ему трении Кулона (^м=0.05, /¿„=0.15) для степени деформации г = 0.4 и при угле скоса матрицы а =15° минимальное расхождение между решениями, полученными разрывными полями скоростей и напряжений составляет 10 % (рисунок 6).

м I ^ х

Рисунок 6 - Графики сравнения силы вытяжки с утонением, определенной с помощью разрывных полей скоростей и напряжений

Оценку качества получаемых изделий проводим по расчету степени использования ресурса пластичности у (4) при выходе стенки из очага пластической деформации и по выполнению условий неразрушаемости тонкого дна (5) и (6).

Сопоставление разрывных полей скоростей и напряжений позволяет провести приближенную оценку ресурса пластичности и возможности разрушения материала в стенке при вытяжке тонкодонных корпусов с утонением. Степень использования ресурса пластичности при переходе частицы металла через очаг пластической деформации:

V - Е < 1 , (4)

где у; - интенсивность деформаций сдвига на поверхностях разрыва скоростей;

Ар1=Ар(с/тЛ Цо) и а;=а(о/ту, и«) - характеристики пластических свойств металла;

о, т, - соответственно среднее напряжение и интенсивность касательных напряжений на линиях разрыва скоростей;

щ- коэффициент Лоде.

Известно, что чем больше цг, тем больше вероятность дефектообразо-вания и разрушения полуфабриката.

При утонении стенки стакана вытяжкой очаги пластической деформации описываются разрывными полями: а) скоростей, характеризующихся параметрами хв, 0!, 02 (см. рисунок 1); б) напряжений, представленных параметрами хн, рь р2 (см. рисунок 2), которые между собой при наложении совпадают только по контактной границе с матрицей АС=А1С1. При этом возможны 2 варианта взаимного расположения очагов деформации: 1) хв > хн; 2) хл <хц. На рис. 7 приняты следующие обозначения: А]ВЬ В1С1 - линии раз-

матрице: ААВС - разрывное поле скоростей; ДА1В1С1 -разрывное поле напряжений

рыва напряжений; АВ, ВС - линии разрыва скоростей; /; - линии тока материала.

Для определения степени использования запаса пластичности при вытяжке с утонением необходимо знать показатели напряженного состояния о и Т; в очаге пластической деформации, т.е. на линиях разрыва скоростей АВ и ВС, на которых сосредоточена пластическая деформация. При этом всю область пластической деформации можно разделить на две треугольные зоны АОВ1 и А1С1В1 (рис. 7). Среднее напряжение на линии разрыва скоростей СВ претерпевает скачек в точке Д, т.к. она пересекается с линией разрыва напряжений А1В1 и проходит через две области 3 и 2 разрывного поля напряжений. Это сказывается на характере кривой распределения ресурса пластичности у по толщине стенки

Исследована возможность разрушения материала в опасном сечении стенки при вытяжке с утонением тонкодонных деталей из нержавеющей стали в зависимости от степени деформации и геометрии инструмента. Выявлено, что в конических матрицах с оптимальными углами скоса и при допустимом трении на контактных границах инструмента вытяжка с утонением до средних степеней деформаций, не превышающих рекомендуемых, происходит без разрушения материала и образования дефектов у«1.

Расчет показал, что при вытяжке с г=0,б в конусной матрице с а = 13°, с трением тм = 0,1; ^=0,05; тп =0,2; цп=0,15 среднеинтегральное значение М/сР=0»б4. Это говорит о возможности обрыва стенки изделия, причем, т.к. ресурс пластичности около поверхности пуансона больше, то наиболее вероятно возникновение дефекта на внутренней стенке детали.

Выявлено, что трение на контактных поверхностях инструмента влияет на ресурс пластичности так же, как и на силу деформирования: с увеличением трения на пуансоне шп степень использования ресурса пластичности снижается, с ростом трения на матрице шм- возрастает.

Условия неразрушаемости тонкодонного полуфабриката в опасном сечении дна при вытяжке с утонением:

- без предварительной термообработки полуфабриката

р р

—2к ■ ст ■ <Гд- 1

рс.отр ^ (5)

где р_ - удельная безразмерная сила деформирования, Н/мм2;

2к

Кср - среднее значение пластической постоянной для упрочненного материала, Н/мм2;

Рст - площадь утоненной стенки, мм2;

Ро.отр — площадь сечения отрыва дна в опасном сечении, мм2;

[ов]уПр - предел прочности для упрочненного материала по кривой упрочнения;

- с предварительной термообработкой полуфабриката

12

Р Г

^с.отр ^

где [ов] - предел прочности для неупрочненного материала по кривой упрочнения.

Расчет показал, что при вытяжке тонкодонного полуфабриката после предварительной термической обработки в одноконусной матрице с аналогичными параметрами условие неразрушаемости тонкого дна (6) не выполняется. Условие (5) выполняется при деформации тонкодонного полуфабриката в конической матрице с меньшими степенями деформации (г=0,2-0,42).

Созданная комплексная модель вытяжки с утонением в конической матрице позволяет исследовать данный процесс в сложнопрофильных матрицах.

В третьей главе рассмотрена вытяжка с утонением стенки заготовки с тонким дном через двухконусную матрицу на основе разработанной комплексной модели. Входной конус такой матрицы больше выходного и обеспечивает основную пластическую деформацию при вытяжке с утонением, а выходной конус, меньший, снижает давление на дно изделия за счет повышения активных сил трения на пуансоне. Положительное влияние трения о пуансон, очевидно, тем меньше, чем больше угол матрицы, т.е. короче очаг деформации, поэтому для уменьшения давления на тонкое дно полуфабриката необходимо выходной угол скоса выбирать среди меньших значений.

На рис. 8, 9 приняты обозначения следующих блоков: 2 и 4 - очаги пластической деформации, 3 — промежуточная жесткая область, 5 — заготовка, 1 - получаемое изделие, 0 - двухконусная матрица. Из-за наличия второго конуса появился дополнительный очаг деформации, а следовательно, и добавочный параметр ув - для разрывного поля скоростей и у„ — поля напряжений.

Определяющей геометрией инструмента являются входной а! и выходной а2 углы скоса матрицы и точка С, определяющая линию пересечения скосов матрицы, характеризующуюся диаметром

а - разрывное поле скоростей; б - годограф

Сила вытяжки с утонением в двухконусной матрице с учетом трения на контактных границах, полученная с помощью разрывного поля скоростей, равна

Р _ 1 '1('2+*«2) + <(<12+(а2-*»)2) , т*1 +(У.-аг)1) + '1'(Т2 +(01+а2-У,)2) ( 2к 21 <1 (х + 1Ща2) П1(у-а2+11с&ах)

К* 1-0 . т ,(ув - х,Х*1 - о . СГ - •*• °2 ~ У»)

----—--у~тпУ-:-+-—----

+ тм(И + -

хв=/(Т%иссх,а2ритм,тп) . (7)

У в = /(Т^>а1,а2рътм,тп) Решение статически возможного поля напряжений для данного про цесса сводится к составлению уравнений равновесия блоков (рисунок 9) со вместно с условием текучести, выраженным с помощью диаграмм Мора (ри сунок 10).

Рисунок 9 - Статически возможное поле напряжений при вытяжкё с утонением в двухконусной матрице

х-

Рисунок 10 - Круги Мора для напряженного состояния при вытяжке с утонением стакана в двухконусной матрице

Найдено решение в аналитическом виде (8), учитывающее влияние различного трения на контактных границах инструмента цм и

Установлены зависимости силы вытяжки с утонением тонкодонного

~ - (sin S2 cos S2 -~—{ctg a2 + ctg (Í-- + sin ¿4 cos SA T " (ctg ai + ctg +

2* <1 4 2 I 4 2

+ sin £3 cos «Уз (Íí--ctg a 2 ——ctg (—- ) + ctg (—-

(8)

1 -цп-0.2; цм=0.3;

2- Цп = 0.2; ^«=0.2;

3 - цп = 0.3; ц*=0.2; ai =18°; a2 =8°; Di=l/3b+D;

/

0Д 0,6 0,7

Рисунок 11 - Графики зависимостей силы Рисунок 12 - Графики зависимости силы вытяжки от диаметра пересечения конусов вытяжки в двухконусной матрице от при различных значениях входного угла редукции при различном трении на кон-двухконусной матрицы (РПС) тактных границах (РПН)

полуфабриката в двухконусной матрице от параметров процесса: режимов деформирования и условий трения на контактных поверхностях инструмента,

выявлена оптимальная геометрия инструмента при определенных режимах деформирования. Анализируя зависимости (рисунок 11) показано, что существуют оптимальные значения диаметров линии пересечения конусов Б! при различных значениях входного а! и выходного а2 углов матрицы, при которых значение силы деформирования минимально. Трение на контактных поверхностях инструмента изменяет значение данных параметров аналогично зависимостям, выявленным для Рисунок 13 - Графики сравнения силы силы вытяжки в конической мат-

вытяжки, определенной с помощью рице, т.е. уменьшает их значение

разрывных полей скоростей и напряжений

при росте значения трения на пуансоне и увеличивает при повышении трения на матрице (рисунок 12).

Установлено, что для оптимизации процесса по силовым параметрам необходимо входную часть матрицы делать с оптимальными углами скоса.

Показано, что при степени деформации г = 0.51 и углах скосов матри-, цы а1=18° и а2=8° минимальное расхождение между решениями, полученными с помощью разрывных полей скоростей и напряжений составило не более 3 % (рисунок 13).

Оценку качества получаемых изделий проводим с помощью условий (4)-(6). Так как при вытяжке с утонением в сложнопрофильных матрицах появляется дополнительный очаг деформации, то усложняется и расчет степени использования ресурса пластичности. Например, при использовании двухконусной матрицы возможны 4 варианта взаимного расположения очагов деформации: 1) хв > хн; у„ > у„; 2) хв < хн; у, > у„; 3) хв > х„; ув < уи (рисунок 14); 4) хв < хн; у„ < у„.

На рис. 14 приняты следующие обозначения: АВ, ВС, СД, ДЕ - линии разрыва скоростей; А1В1, В1С1, С1Д1, Д1Е1 - линии разрыва напряжений; ув, ун, хв, хя — параметры, характеризующие формы очага пластической деформации в РПС и РПН соответственно; ^ - линии тока материала. Средние напряжения в блоках напряжений постоянны. Средние напряжения на линиях разрыва скоростей АВ и ДЕ в точках Д4, Дг претерпевают скачки. Соответственно, степень использования ресурса пластичности испытывает скачек на линиях тока, проходящих через эти точки (удв, Уде)'

Исследована возможность разрушения материала при вытяжке с уто- . нением в двухконусной матрице в зависимости от степени деформации и

Оп12» ^42,

^__\ ¡1 12," 12_____

Рисунок 14 - Схема деформирования при вытяжке с утолением в "двухконусной матрице: ДАВ С, АСДЕ - разрывные поля скоростей; ДА1В1С1, АС1Д1Е1 - разрывные поля напряжени!

геометрии инструмента. Выявлено, что в двухконусных матрицах с углами скоса а! = 13°, а2 = 6°, при трении на контактных границах инструмента тм=0.1, ^=0.05, тп =0.2, |хп=0.15, вытяжка с утонением при степени деформации г=0.6 происходит без разрушения материала и образования дефектов, т.е. \|/ор=0.27.

Выполненные расчеты по степени использования ресурса пластичности показали, что наибольшее значение его наблюдается в стенке изделия вблизи пуансона. Сопоставление среднеинтегральных значений ресурса пластичности материала при вытяжке в одно- и двухконусных матрицах с идентичными параметрами процесса показало, что ресурс пластичности в двухко-нусной матрице ниже на 57,8 %. Это позволяет проводить вытяжку с утонением тонкодонных полуфабрикатов в двухконусной матрице с увеличенными степенями деформаций в 1,5 раза, что сокращает технологический процесс.

Условие (5) неразрушаемости тонкого дна при вытяжке с утонением в двухконусной матрице с указанными геометрическими и трибологическими параметрами выполняется при деформировании с редукциями, увеличенными по сравнению с конической матрицей (г<0,55). Предварительный отжиг тонкодонных полуфабрикатов (условие (6)) приводит к обрыву тонкого дна при вытяжке с утонением в двухконусной матрице при любых степенях деформации.

В четвертой главе даны рекомендации по совершенствованию технологии получения тонкодонных цилиндрических деталей из коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т, применяемых для электромагнитных датчиков в АБС. Анализ условий неразрушаемости стенки и тонкого дна (4)-(6) показал, что вытяжка с утонением .тонкодонного полуфабриката в одноконусной матрице без обрыва возможна при малых степенях деформаций, что ограничивает их применение из-за увеличения технологического цикла. Для уменьшения количества операций целесообразно в данном случае использовать двухко-нусную матрицу, позволяющую повысить степень деформации без появления дефектов разрушения, - 4>;, рл с,-.- —-,---. г", 'л.

г ¡ Усовершенствованная технология включает операции: вырубки и комбинированной вытяжки колпака на кривошипном прессе двойного действия ВР — 51, утонения дна ; полуфабриката , на сферодвижном, прессе РХ^Т -100С, многооперационной вытяжки с утонением стенки тонкодонного стакана на прессе ЦЕИ 40 (рисунок 15). Предлагается дно полуфабриката утонять между, вытяжными операциями, а вытяжку колпаков с утоненным дном производить в двухконусной матрице, входной конус которой обеспечивает основную пластическую деформацию при вытяжке с утонением, а выходной снижает, давление на дно изделия путем повышения активных сил трения на пуансоне. Л .-^'¡Ог^'^Т.Ч , ■; -г = ; .Т./ Г ■ лг?'.? '.'V.. ■ •

г/:, 'по г -Л.. ^ . / ■ ; ; г-'

топ^одопч::^ У -"•■*•.-. - V."'- ::.'у/.:.' \ у.': . • ■ ■ \

р^п-.п.-'л

5 П'

:). ¡4" .-I'" а ■.

ТЕРМОХИМИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ: I + закалка (1060 град. С); травлани«;

♦ оксидирование (410 град. С); <• омыпиааниа;

❖ оушка.

,..,0.35

Комбинированная вытяжка колпака 0'31 3

Я 5.96 УЪюнение Она колпака

,0М

Вытяжка о Вытяжка о

утонениеи стенки утонениеи стенки

Обрема фланца

Рисунок 15 - Технология изготовления тонкостенных корпусов электромагнитных датчиков с тонким дном

Даны расчеты геометрии инструмента и технологических режимов деформирования в двухконусных матрицах для получения тонкодонного корпуса электромагнитного датчика. Для снижения технологической силы деформирования полуфабрикатов в разрабатываемой технологии входной угол скоса матрицы необходимо выбирать среди оптимальных значений <Х1=12°-17°, а диаметр окружности пересечения конусов матрицы должен отстоять от внутреннего диаметра на 1/3 разницы наружного и внутреннего диаметров полуфабриката. Для повышения трения на пуансоне угол скоса выходного участка матрицы выбирается более меньшим, т.е. а2=50-7°.

Разработанная технология позволяет сократить количество механических и термохимических операций. На основе опытных работ получены качественные детали, удовлетворяющие чертежу и требованиям заказчика.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В работе решена актуальная научно-техническая задача, имеющая важное значение для промышленности и состоящая в совершенствовании технологии получения тонкодонных корпусов с использованием конических матриц для многооперационной вытяжки с утонением стенки.

В процессу теоретических и экспериментальных исследований выявлены следующие основные результаты и сделаны выводы:

^'-'.ум'Чз *Т1* ЬЫ. С : г >>.:■■-.: ч ? ¿лл>::;, ЧцЧг О' ;г'.

'ЛЧчСЛп . --.¡п" ¡л. .гл..-с;-.>.■"< «:']■-:;.!■-: - ч .-..'>;,*■,.-;'.,-

ну чуг&А'.ЗЦ'.Ч'.:;,, гс.!> с." 18 г г;' .у:. ■•■

1? Установлено, что вытяжка с утонением стенки широко применяется

для изготовления толстодонных цилиндрических деталей в

промышленности иногда приходится использовать тонкодонные корпуса, для изготовления которых разработаны трудоемкие технологические процессы с применением механической обработки. Такие подходы снижают как эффективность производства деталей, так и их качество, что сдерживает в дальнейшем возможность применения соответствующей номенклатуры изделий в машиностроении. 5° '^'«-Ч-'^"* .ч-г.-.". с^л-;:';'^?,,^^! --к--

' 2.1 Разработана комплексная'математическая модель вытяжки с утонением тонкодонных деталей в конической матрице, включающая в себя решения разрывных полей скоростей и напряжений, которая позволяет найти режимы деформирования, учитывая при этом различное трение на контактных границах. Показано, что зависимости силы деформирования от угла конусности матрицы имеют минимумы, лежащие в диапазоне 7°-20°. Оптимальные углы скоса матриц увеличиваются с ростом степени деформации. Определено влияние трения на контактных границах инструмента на силовые режимы деформирования: с увеличением трения на матрице сила вытяжки возрастает, а оптимальные углы скоса матрицы смещаются в сторону больших своих значений. С увеличением коэффициента трения на пуансоне оптимальные углы скоса матрицы уменьшаются.

3. С учетом принципов построения комплексной модели вытяжки с утонением в конической матрице была решена задача деформирования тонкодонных деталей в двухконусной матрице, учитывающая геометрические параметры инструмента, степень деформации и различное трение на контактных границах пуансона и матрицы. Установлено, чтр рациональной геометрией инструмента, уменьшающей силу вытяжки и давление на дно, являются: угол скоса входного участка; матрицы, оптимальные значения которых лежат в пределах ах=12°-17 ; угол скоса выходного участка матрицы а2=5. -7°; диаметр окружности пересечения конусов матрицы Од, отстоящий от внутреннего диаметра на 1/3 разницы наружного и внутреннего диаметров полуфабриката. ох? ГС ■ 'К-Т*. г1-?; -Ч** >• , ,Проведена оценка качества с расчетом ресурса пластичности и возможности разрушения,материала в стенке и дне при вытяжке тонкрдонных корпусов с утонением стенки в конических матрицах, использующая результаты решения комплексной модели для определения деформаций и локальных пластических характеристик металла. Анализ рассмотренных процессов показал, что предельное значение - ресурса пластичности коррозионно-стойких сталей зависит от степени деформации, угла скоса матрицы и значений трения на контактных границах. Например, при вытяжке с утонением тонкодонного полуфабриката в одноконусной матрице (а=13°; г=0.6; тм=0.1; ^=0,05; тп =0.2; Цп=Р. 15) лКср=0.64, а в двухконусной матрице (а!=13°; а2=6° ; г=0.6; шм=0.1; Цм=0,05; ш„ =0.2; - ц„=0.15) \|/ср=0.27, что на 57,8 % меньше, чем в одноконусной, и позволяет повышать степень деформации за одну тех-

3. С у-с л.ч-у.-кг: 'Со^л^с^оН жл*-- г;;...-;-а

нологическую операцию. После отжига тонкодонных полуфабрикатов вытяжка с утонением в конической и двухконусной матрицах проходят с дефектом отрыва дна. Вытяжку с утонением тонкодонных полуфабрикатов в конических матрицах можно проводить с малыми степенями деформаций (г=0,3-0,42), а в двухконусных - с большими редукциями (г^0,6), что доказывает выполнение условий неразрушаемости тонкого дна.

5. Разработаны рекомендации для технологии изготовления деталей из коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т наружным диаметром 14 мм, высотой 70,5 мм, толщиной стенки 0,35 мм и толщиной дна 0,2 мм. Усовершенствованная технология позволяет сократить количество механических и термохимических операций за счет повышения коэффициента утонения стенки при использовании двухконусной матрицы для многооперационной вытяжки с утонением, и получать прочные цилиндрические корпуса с тонким дном без образования дефектов обрыва дна. Методика расчёта технологии получения тонкодонных корпусов использовалась на ОАО «Тульский патронный завод» г. Тулы.

Данная работа может быть применена не только для производства корпусов к электромагнитным датчикам, но и для получения других изделий, например, корпусов пьезодатчиков, сильфонов и т.д.

Научные разработки внедрены в учебный процесс при подготовке лекций и лабораторных работ по дисциплинам «Компьютерное моделирование технологических процессов объемной штамповки» и «Экспериментальные методы исследования напряжений и деформаций» для специальностей по направлению 150200 "Машиностроительные технологии и оборудование".

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО В ПУБЛИКАЦИЯХ

1. Чернова Ю.В. Определение возможности разрушения металла при пластическом деформировании методами верхней и нижней оценок // XXVIII Гагаринские чтения: тез. докл. Международной молодежной научной конференции. - М.: Изд-во «МАТИ», 2002. - Т. 1. - С. 44 - 45.

2. Евдокимов А.К., Чернова Ю.В. Волочение трубы на короткой оправке // Аэродинамика, механика и технология авиастроение // Сборник научных трудов - Воронеж: ВГТУ, 2002. - С. 142 - 146.

3. Евдокимов А.К., Трусова Е.А., Чернова Ю.В. Технологическая деформируемость заготовок при холодном выдавливании // Известия Тульского государственного университета. Серия «Машиностроение». -Тула: ТулГУ, 2002. - С. 145 - 149.

4. Группирование дефектов в зависимости от способа холодного выдавливания и формы образующегося изделия. Евдокимов А.К., Трусова Е.А., Чернова Ю.В. Герасимова О.М. // Механика деформируемого

твердого Тела и обработка металлов давлением: Сборник научных трудов. -Тула: ТулГУ, 2002. -С. 317-320.

5. Чернова Ю.В. Исследование характеристик деформирования методами верхних и нижних оценок // Образование, наука, производство: сб. тез. докл. Международного студенческого форума. - Белгород: Бел-ГТАСМ, 2002.-4.3 - С. 143.

6. Чернова Ю.В., Евдокимов А.К. Получение корпусов с утоненным дном вытяжкой в двухконусной матрице // Теория и практика производства листового проката. - Липецк: ЛипГУ, 2003. - 4.2. - С.151-156.

7. Чернова Ю.В. Особенности технологии изготовления тонкодонных корпусов // XXIX Гагаринские чтения: тез. докл. Международной молодежной научной конференции. - М.: Изд-во «МАТИ», 2003. - Т. 1. -С. 91-92.

8. Чернова Ю.В. Дефектообразование при вытяжке выдавленных полуфабрикатов // Идеи молодых новой России: сб. тез. докл. 1 Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов. -Тула: ТулГУ, 2004. - С. 51.

9. Чернова Ю.В. Калибровка выдавленных полуфабрикатов методами вытяжки с утонением // Сборник тезисов II Международной научно-технической конференции «Механика пластического формоизменения. Технологии и оборудование обработки материалов давлением». - Тула: ТулГУ, 2004. -С. 108.

10. Чернова Ю.В. Применение вытяжки для повышения качества выдавленных деталей // Известия Тульского государственного университета. Серия «Механика деформируемого твердого тела и обработки металлов давлением». - Тула: ТулГУ, 2004. -Вып.1. - С.117 - 124.

11. Евдокимов А.К., Чернова Ю.В. Влияние трения на контактных поверхностях инструмента на силу вытяжки с утонением // Известия Тульского государственного университета. Серия «Механика деформируемого твердого тела и обработки металлов давлением». - Тула: ТулГУ, 2006. - Вып. 1. - С. 206 - 213.

Изд. лиц. ЛР № 020300 от 12.02.97. Подписано в печать Формат бумаги 60x84 1/16. Бумага офсетная. Усл. печ. л. Уч. изд. пЯ^ Тираж <{С0экз. Заказ № Отпечатано в издательстве ТулГУ, 300600, г. Тула, ул. Болдина, 151

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Особенности конфигурации цилиндрических деталей и технологических процессов их изготовления.

1.2 Методы исследования процесса вытяжки с утонением стенки.

ВЫВОДЫ.

ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2. ВЫТЯЖКА С УТОНЕНИЕМ ТОНКОДОННЫХ КОРПУСОВ В ОДНОКОНУСНОЙ МАТРИЦЕ.

2.1 Основные уравнения энергетического метода. Разрывные поля скоростей и напряжений.

2.2 Разрывное поле скоростей для вытяжки с утонением стенки тонкодонных стаканов в конической матрице.

2.3 Разрывное поле напряжений для вытяжки с утонением в конической матрице.

2.4 Оценка качества получаемых тонко донных изделий при вытяжке с утонением в конической матрице

ВЫВОДЫ.

3. ВЫТЯЖКА С УТОНЕНИЕМ СТЕНКИ ТОНКОДОННЫХ КОРПУСОВ В ДВУХКОНУСНОЙ МАТРИЦЕ.

3.1 Разрывное поле скоростей для вытяжки с утонением стенки стаканов в двухконусной матрице.

3.2 Разрывное поле напряжений для вытяжки с утонением в двухконусной матрице.

3.3 Оценка качества получаемых тонкодонных изделий при вытяжке с утонением в конической матрице.

ВЫВОДЫ.

4. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ИЗГОТОВЛЕНИЮ ТОНКО ДОННЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ.

4.1 Деформируемость заготовок при получении тонкостенных колпачков с утоненным дном.

4.2 Корпусные цилиндрические детали с тонким дном.

4.3 Разработка технологии изготовления цилиндрических деталей с тонким дном.

ВЫВОДЫ.ИЗ

Актуальность.

В современном машиностроении возникает необходимость применения нестандартных по своим характеристикам деталей: предъявляются повышенные требования к их конструкции, качеству изготовления, используемым материалам, которые не всегда удовлетворяются существующими технологиями.

Наиболее перспективным направлением в металлообрабатывающей промышленности является холодная объемная штамповка, в частности, вытяжка с утонением широкой номенклатуры деталей. Среди преимуществ такой операции можно отметить низкую энергоемкость, высокие точность и качество поверхностей изготавливаемых деталей.

Вытяжкой с утонением в основном получают детали с толстым дном, что ограничивает ее применение для изготовления других видов изделий. Например, для корпусов электромагнитных датчиков, применяемых в антиблокировочных системах тормозов автомобилей, основным требованием по конфигурации их является тонкодонность. В этом случае вытянутые толстодонные полуфабрикаты приходится подвергать финишной механической обработке, что сказывается либо на качестве получаемых изделий, а соответственно, и работе датчиков, либо на стойкости инструмента. Кроме того, вытяжка длинноосных деталей из листа толщиной, равной толщине дна, характеризуется многооперационностью технологического процесса, увеличенной трудоемкостью изготовления и сужением номенклатуры получаемых изделий по отношению толщин стенки и дна.

Поэтому стоящие перед технологами задачи, связанные с повышением производительности, а также с решением проблем получения качественных тонкостенных цилиндрических стаканов с тонким дном из высокопрочных и антикоррозионных металлов, являются актуальными.

Цель работы. Совершенствование технологии изготовления тонкодонных корпусов с использованием конических матриц для многооперационной вытяжки с утонением стенки.

Задачи исследования.

1. Рассмотреть процесс вытяжки с утонением цилиндрических деталей с различным соотношением толщины дна к стенке.

2. Разработать комплексную модель процесса вытяжки с утонением тонкодонных стаканов в конических матрицах на основе совместного опорного решения разрывных полей скоростей и напряжений с учетом различного трения на контактных границах.

3. Произвести оценку ресурса пластичности и возможности разрушения материала в стенке и дне тонкодонных корпусов при вытяжке с утонением стенки.

4. Установить зависимости силовых, деформационных и ресурсных параметров от режимов деформирования и геометрии инструмента при вытяжке с утонением тонкодонных деталей.

5. Применить разработанную комплексную модель для вытяжки с утонением тонкодонных деталей в двухконусной матрице с оценкой их качества.

6. Разработать технологию для изготовления тонкостенных цилиндрических стаканов с тонким дном из коррозионно-стойких сталей, дном с использованием результатов проведенных исследований.

Методы исследования. Энергетические методы, основанные на экстремальных принципах теории пластичности; моделирование на ЭВМ с использованием программных пакетов Maple, Visio и AutoCAD; экспериментальные методы с использованием современных испытательных машин и регистрирующей аппаратуры.

Научная новизна. На основе совместного решения уравнений для разрывных полей скоростей и напряжений при вытяжке с утонением тонкодонных полуфабрикатов в конических матрицах с учетом различного трения на контактных границах выявлены зависимости силовых и деформационных параметров и возможности формоизменения без разрушения от геометрии вытяжного инструмента, режимов деформирования и значений трения на контактных границах.

Практическая значимость. Разработаны рекомендации по проектированию технологических процессов изготовления тонкостенных цилиндрических стаканов с тонким дном из коррозионно-стойкой стали с использованием многооперационной вытяжки с утонением стенки в двухконусных матрицах.

Получены рекомендации по выбору геометрии инструмента при различных режимах деформирования, которые позволяют достигать при вытяжке с утонением отношения толщины дна к толщине стенки полуфабриката до 0,25.

Созданы алгоритм и программы для расчета силовых, деформационных и ресурсных параметров вытяжки с утонением стенки тонкодонных деталей в конических матрицах.

Реализация работы. Методика расчёта технологии получения тонкодонных корпусов была использована на ОАО «Тульский патронный завод», г. Тула.

Апробация работы. Материалы настоящей работы представлялись на следующих конференциях и выставках:

- ежегодных профессорско-преподавательских конференциях кафедры МПФ ТулГУ (2003-2006 гг.);

- Международных молодежных научных конференциях «Гагаринские чтения» (Москва, МАТИ - РГТУ им. К.Э. Циолковского, 2002, 2003 гг.);

- IX Международной выставке молодежных научно-технических проектов «ЭКСПО-НАУКА 2003», Международном молодежном научном конгрессе «Молодежь. Наука. Общество», Ассамблее Международного молодежного научного движения под девизом «Судьба планеты в руках молодых» (Москва, ВВЦ, 2003 г.).

Полученные награды:

- Диплом лауреата Всероссийского конкурса молодежных проектов «Ползуновские гранты» (Россия, Барнаул, 2002 г.);

- Медаль и Диплом лауреата IX Международной выставки молодежных научно-технических проектов «ЭКСПО-НАУКА 2003 (ESI'2003, Moscow)» и Международного молодежного научного конгресса «Молодежь. Наука. Общество» (Москва, ВВЦ, 2003 г.);

- Серебряная медаль и Диплом Международного Жюри, Диплом почтения и благодарности на VII Московском Международном салоне промышленной собственности «Архимед 2004» (Москва, ВЦ «Сокольники», 2004 г.).

Публикации. За время проведения исследований было опубликовано по теме диссертации 11 научных работ (общий объем - 2,3 печ.л.; личный вклад - 1,6 печ.л.), в т.ч. 3 публикации в ведущих рецензируемых изданиях, включенных в список ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, заключения, списка литературы и приложения. Диссертация изложена на 101 странице машинописного текста, содержит 66 рисунков, 11 таблиц и 104 наименований библиографического списка. Общий объём работы 126 страниц.

Выводы:

1. Разработаны рекомендации по совершенствованию технологического процесса изготовления цилиндрических корпусов с тонким дном, в которых предлагается дно утонять после первой комбинированной вытяжки, а для осуществления бездефектной вытяжки с утонением стенки -использовать двухконусную матрицу, входной конус которой является оптимальным для требуемой редукции (ai=13°) и обеспечивает основную пластическую деформацию, а выходной (а2=6°) увеличивает силы активного трения на пуансоне, тем самым, снижая нагрузку на дно полуфабриката.

2. Использование двухконусной матрицы для вытяжки с утонением позволяет повысить суммарную степень деформации за одну операцию, что приводит к сокращению технологического цикла.

3. Процесс вытяжки в двухконусной матрице сходен с вытяжкой через две матрицы, но лишен ее недостатков, а именно, повышенной разностенности изделий, увеличенного хода ползуна пресса. Поэтому выбор оборудования для проведения процесса вытяжки с утонением в двухконусной матрице не связан с трудностями, определяющими необходимость использования специальных вытяжных прессов, имеющих увеличенный ход ползуна пресса.

Заключение

В работе решена актуальная научно-техническая задача, имеющая важное значение для промышленности и состоящая в совершенствовании технологии получения тонкодонных корпусов с использованием конических матриц для многооперационной вытяжки с утонением стенки.

В процессе теоретических и экспериментальных исследований выявлены следующие основные результаты и сделаны выводы:

1. Установлено, что вытяжка с утонением стенки широко применяется для изготовления толстодонных цилиндрических деталей. Показано, что в промышленности иногда приходится использовать тонкодонные корпуса, для изготовления которых разработаны трудоемкие технологические процессы с применением механической обработки. Такие подходы снижают как эффективность производства деталей, так и их качество, что сдерживает в дальнейшем возможность применения соответствующей номенклатуры изделий в машиностроении.

2. Разработана комплексная математическая модель вытяжки с утонением тонкодонных деталей в конической матрице, включающая в себя решения разрывных полей скоростей и напряжений, которая позволяет найти режимы деформирования, учитывая при этом различное трение на контактных границах. Показано, что зависимости силы деформирования от угла конусности матрицы имеют минимумы, лежащие в диапазоне 7°-20°. Оптимальные углы скоса матриц увеличиваются с ростом степени деформации. Определено влияние трения на контактных границах инструмента на силовые режимы деформирования: с увеличением трения на матрице сила вытяжки возрастает, а оптимальные углы скоса матрицы смещаются в сторону больших своих значений. С увеличением коэффициента трения на пуансоне оптимальные углы скоса матрицы уменьшаются.

3. С учетом принципов построения комплексной модели вытяжки с утонением в конической матрице была решена задача деформирования тонкодонных деталей в двухконусной матрице, учитывающая геометрические параметры инструмента, степень деформации и различное трение на контактных границах пуансона и матрицы. Установлено, что рациональной геометрией инструмента, уменьшающей силу вытяжки и давление на дно, являются: угол скоса входного участка матрицы, оптимальные значения которых лежат в пределах ai=12°-17°; угол скоса выходного участка матрицы а2=5°-7°; диаметр окружности пересечения конусов матрицы D[, отстоящий от внутреннего диаметра на 1/3 разницы наружного и внутреннего диаметров полуфабриката.

4. Проведена оценка качества с расчетом ресурса пластичности и возможности разрушения материала в стенке и дне при вытяжке тонкодонных корпусов с утонением стенки в конических матрицах, использующая результаты решения комплексной модели для определения деформаций и локальных пластических характеристик металла. Анализ рассмотренных процессов показал, что предельное значение ресурса пластичности коррозионно-стойких сталей зависит от степени деформации, угла скоса матрицы и значений трения на контактных границах. Например, при вытяжке с утонением тонкодонного полуфабриката в одноконусной матрице (a=13°; r=0.6; тм=0.1; цм=0,05; шп =0.2; цп=0.15) \|/ср=0.64, а в двухконусной матрице (ai=13°; a2=6° ; r=0.6; mM=0.1; рм=0,05; шп =0.2; рп=0.15) vj/cp=0.27, что на 57,8 % меньше, чем в одноконусной, и позволяет повышать степень деформации за одну технологическую операцию. После отжига тонкодонных полуфабрикатов вытяжка с утонением в конической и двухконусной матрицах проходят с дефектом отрыва дна. Вытяжку с утонением тонкодонных полуфабрикатов в конических матрицах можно проводить с малыми степенями деформаций (г=0,3-0,42), а в двухконусных -с большими редукциями (г=0,6), что доказывает выполнение условий неразрушаемости тонкого дна.

5. Разработаны рекомендации для технологии изготовления деталей из коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т наружным диаметром 14 мм, высотой 70,5 мм, толщиной стенки 0,35 мм и толщиной дна 0,2 мм. Усовершенствованная технология позволяет сократить количество механических и термохимических операций за счет повышения коэффициента утонения стенки при использовании двухконусной матрицы для многооперационной вытяжки с утонением, и получать прочные цилиндрические корпуса с тонким дном без образования дефектов обрыва дна. Методика расчёта технологии получения тонкодонных корпусов использовалась на ОАО «Тульский патронный завод» г. Тулы.

Данная работа может быть применена не только для производства корпусов к электромагнитным датчикам, но и для получения других изделий, например, корпусов пьезодатчиков, сильфонов и т.д.

Научные разработки внедрены в учебный процесс при подготовке лекций и лабораторных работ по дисциплинам «Компьютерное моделирование технологических процессов объемной штамповки» и «Экспериментальные методы исследования напряжений и деформаций» для специальностей по направлению 150200 "Машиностроительные технологии и оборудование".

1. Аверкиев Ю.А., Аверкиев А.Ю. Технология холодной штамповки: Учебник для вузов. М.: Машиностроение, 1989. - 304 с.

2. Агеев Н.П., Данилин Г.А., Огородников В.П. Вытяжка в штампах полых тонкостенных деталей машино- и приборостроения. В 2 частях. 4.1. Механические основы процесса вытяжки. Тверь.: Изд-во ГЕРС., 1997. - 336 с.

3. Агеев Н.П., Данилин Г.А., Огородников В.П. Вытяжка в штампах полых тонкостенных деталей машино- и приборостроения. В 2 частях. 4.2. Проектирование технологических процессов. Тверь.: Изд-во ГЕРС., 1998. -257 с.

4. Агеев Н.П. и др. Штамповка на сферодвижном прессователе. -Л.:ЛДНТП, 1972. 36 с.

5. Агеев Н.П., Пехота А.Д. Исследование технологических возможностей процесса штамповки на сферодвижном прессователе. Разработка и внедрение процессов объемной штамповки. Талин: Изд-во научно-технической информации при СМ Эстонской ССР, 1971.-е. 133-144.

6. Агеев Н.П. и др. Штамповка обкаткой на сферодвижных прессователях. Изготовление деталей пластическим деформированием. Л.: Машиностроение, 1973. - с. 292-307.

7. Агеев Н.П., Ревизцев А.Н. Разработка и внедрение новых процессов штамповки обкатыванием на сферодвижном прессе // автоматизация и прогрессивные технологические процессы холодной штамповки. Л.: ЛДНТЛ, 1985.-е. 51-58.

8. Алюшин Ю.А. Теория обработки металлов давлением. Метод верхней оценки и его применение при решении задач ОМД. Ростов-на-Дону: РИСХМ, 1977.-87 с.

9. Альшевский Л.Е. Тяговые усилия при холодном волочении труб. М.: Металургиздат, 1951.-358 с.

10. Артес А.Э., Евстифеев В.В. Классификация технологических процессов ХОШ. Вопросы групповой технологии. Учебное пособие. -М.: Машиностроение, 1987.-80 с.

11. Бердичевский Е.Г. Смазочно-охлаждающие технологические средства при обработке металлов. Справочник. М.: Машиностроение, 1984.-224 с.

12. Бережной В.Л., Щерба В.А., Батурин А.И. Прессование с активным действием сил трения. М.: Металлургия, 1988.-296 с.

13. Богатов А.А., Мижирицкий О.И., Смирнов С.В. Ресурс пластичности металлов при обработке давлением. М.: Металлургия, 1984. - 144 с.

14. Бронштейн И.Н., Семиндяев K.J1. Справочник по математике. М.: Наука, 1966 - 608с.

15. Бурцев К.Н. Металлические сильфоны. М.: Машгиз, 1963.-164 с.

16. Валиев С.А., Комбинированная глубокая вытяжка листовых материалов. М.: Машиностроение, 1973-176с.

17. Валиев С.А. К методике проектирования рабочих частей штампов для комбинированной вытяжки. // Прогрессивная технология глубокой вытяжки листовых материалов. Тула: Приокское книжное издательство, 1968. с.137-148.

18. Гвоздев А.А. Определение предельно несущей способности для статически неопределимых систем. Конференция по пластическим деформациям. М.: Л. АН ССР, 1936.-231с.

19. Гелей Ш. Расчет усилий и энергий при пластической деформации металлов. Пер. с венг. М.: Металлургия, 1958.-419 с

20. Герасимова О.М., Евдокимов А.К. Вытяжка с утонением стенки тонкодонного колпака. // Исследования в области теории, технологии и оборудования штамповочного производства. Тула: ТулГУ, 1998. с 206-213.

21. Гофман О., Загс Г. Введение в теорию пластичности для инженеров. -М.: Машгиз, 1957.-351 с.

22. Грудев А.П., Зильберг Ю.В., Тилик В.Т. Трение и смазки при обработке металлов давлением. Справочник. М.: Металлургия, 1982.-310 с.

23. Губкин С.И. Пластическая деформация металлов Т. 1. М.: Металлургиздат, 1961. - 376 с.

24. Губкин С.И. Теория обработки металлов давлением. М.: Металургиздат, 1947.—238с.

25. Данилин Г.А., Огородников В.П. Теория и расчеты процессов комбинированного пластического формоизменения. СПб.: Балт. гос. техн. ун-т., 2004. 304 с.

26. Двайт Г.Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы. -М.: Наука, 1978.-228с.

27. Джонсон У., Кудо X. Механика процесса выдавливания металла. Пер. с англ. М.: Металлургия, 1965.-174 с

28. Джонсон У., Меллор П.Б. Теория пластичности для инженеров. Пер. с англ. А.Г. Овчинникова. М.: Машиностроение, 1979.-567с.

29. Евдокимов А.К., Андрейченко В.А. Холодное выдавливание. Раздел 3.// Малоотходная, ресурсосберегающая технология штамповки. -Кишинев: Universitas, 1993. -238с.

30. Евдокимов А.К., Кузин В.Ф. Способ получения изделий типа цилиндрических тонкостенных стаканов. Патент РФ № 0602283, В21К21/04. БИ № 14,1978 (с приоритетом от 16.01.74 г.).

31. Евдокимов А.К., Любарский Б.Н., Ренне И.П. Способ получения изделий типа тонкостенных стаканов. А.с. СССР № 616032, В21К21/04. БИ №27,1978.

32. Евдокимов А.К., Герасимова О.М., Исследование нестационарной стадии обратного выдавливания инструментом с плоскоконусными торцами. // Исследования в области теории, технологии и оборудования штамповочного производства. Тула: ТулГУ, 1995. с 142-147.

33. Евдокимов А.К., Трусова Е.А., Чернова Ю.В. Технологическая деформируемость заготовок при холодном выдавливании.// Известия Тульского государственного университета. Серия «Машиностроение». -Тула: ТулГУ, 2002. с. 145 149.

34. Евдокимов А.К., Чернова Ю.В. Волочение трубы на короткой оправке.// Аэродинамика, механика и технология авиастроение. Сб. науч. трудов. Воронеж: ВГТУ, 2002. с. 142 - 146.

35. Евдокимов А.К., Чернова Ю.В. Получение корпусов с утоненным дном вытяжкой в двухконусной матрице. // Теория и практика производства листового проката. Ч. 2. Липецк: ЛипГУ, 2003. с Л 51-156.

36. Евстратов В.А. Теория обработки металлов давлением. Харьков: Вища школа. Изд-во при Харьк. ун-те, 1981. - 248 с.

37. Изготовление деталей пластическим деформированием. Под ред. Богоявленского К.Н., Камнева П.В. Л.: Машиностроение, 1975. - 424 с.

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

39. Каржавин В.В. Разработка технологии многопереходной штамповки корпусных изделий на автоматизированных линиях. // Кузнечно-штамповочное производство. М.: Машиностроение,!995. С. 19-20.

40. Качанов Л.М. Основы механики разрушения. М: Наука, 1974. - 311 с.

41. Качанов Л.М. Основы теории пластичности. М: Наука, 1969. - 420 с.

42. Ковка и штамповка. Справочник. В 4-х т. М.: Машиностроение, 1987, т.З. Холодная объемная штамповка. Под ред. Г. А. Навроцкого. 1987.-384 с.

43. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением. Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1986,- 668 с.

44. Колмогоров В.Л. Напряжения, деформации, разрушение. М.: Металлургия, 1970.- 223 с.

45. Колмогоров B.JI., Богатов А.А. и др. Пластичность и разрушение. М.: Металлургия, 1977.- 336 с.

46. Контактное трение в процессах обработки металлов давлением. //А.Н. Леванов, В.Л. Колмогоров, С.П. Буркин и др. М.: Машиностроение, 1976.416 с.

47. Кузин В. Ф., Юдин Л.Г. Исследование характера распределения деформаций при вытяжке методом делительной сетки. // Прогрессивная технология машиностроения Тула: Приокское книжное изд-во, 1966.- с.60-63

48. Кузнецов В.П. О глубокой вытяжке через две матрицы изделий из толстолистового материала. // Кузнечно-штамповочное производство, 1968, №3.

49. Кузнецов В.П., Бузиков Ю.М. Исследование влияния профиля рабочей части матриц на глубокую вытяжку с утонением. // Кузнечно-штамповочное производство, 1967, №1.

50. Кузнецов В.П., Ренне И.П., Рогожин В.Н. Вытяжка через две матрицы. Производственно-технический бюллетень, 1967, №8., с. 23-27

51. Кухтаров В.И. Холодная штамповка. М.: Машгиз, 1962.- 402 с.

52. Малов А.Н. Технология холодной штамповки. М.: Машиностроение, 1969.-568 с.

53. Надаи А. Пластичность и разрушение твердых тел. Т.2. Пер. с англ. Розенблюма В.И., Салганика Р.Л., Форсман Н.А. под ред. Шапиро Г.С. М.: Мир, 1969.-863 с.

54. Недорезов В.Е. Глубокая вытяжка листового металла. Л.: Машгиз, 1949.-248с.

55. Норицын И.А. К вопросу о технологических параметрах штамповки. // Исследование процессов штамповки и их технологических параметров. М.: Машгиз, 1955. с.5-18.

56. Перлин И.Л., Ерманок М.З. Теория волочения. М.: Металлургия, 1971.-448с.

57. Попов Е.А. Деформирующее усилие и степень деформациипри вытяжке с утонением. // Вестник машиностроения.- М.:Машгиз, 1951, №1.

58. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. Учебное пособие для вузов. М.: Машиностроение, 1977-278с.

59. Попов Е.А., Сторожев М.В. Теория обработки металлов давлением. -М.: Высшая школа, 1963.-424с.

60. Потапов И.Н., Коликов А.П., Друян В.М. Теория трубного производства. М.: Металлургия, 1991. - 424с.

61. Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. Учеб. Пособие для вузов. - 2-е изд., испр. - М.: Наука, 1988. - 712 с.

62. Разработка ресурсосберегающих технологий на основе оптимизации структуры и свойств материалов./ Шоршоров М.Х., Гвоздев А.Е., Евдокимов А.К. и др. Тула: ТулГУ, 2000. с. 116-134.

63. Ренне И.П. Анализ процесса вытяжки цилиндрических полых тел с утонением стенки. / Труды ТулГУ. №5. М.: Оборонгиз, 1950.

64. Ренне И.П. Экспериментальные методы исследования пластического формоизменения в процессах обработки металлов давлением. Тула: ТулПИ, 1970.- 148 с.

65. Ренне И.П. Теория конечных деформаций и экспериментальных методов исследования деформированного состояния. Тула: ТулПИ, 1985.76 с.

66. Ренне И.П., Рогожин В.Н., Кузнецов В.П., Тутышкин Н.Д. Вытяжка с утонением стенки. Тула: ТулГУ, 1970. - 141с.

67. Ренне И.П., Юдин Л.Г., Кузин В.Ф. Изменение показателя анизотропии в процессе многооперационной вытяжки с утонением стенки. // Прогрессивная технология глубокой вытяжки листовых материалов. Тула: Приокское книжн. изд-во, 1968. - с.45-52

68. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Л.: Машиностроение, 1979.-520с.

69. Свердлов М.И. Теория вытяжки через несколько матриц. // Прогрессивная технология кузнечно-штамповочного производства. М.: Машгиз, 1952.

70. Степанский Л.Г. К расчету усилий и деформаций при обработке металлов давлением. // Кузнечно-штамповочное производство. М.: Машиностроение, 1959. №3.

71. Степанский Л.Г. О разрушении малопластичных материалов при прессовании. // Кузнечно-штамповочное производство. М.: Машиностроение, 1996. №6. с 19-20.

72. Степанский Л.Г. Расчеты процессов обработки металлов давлением. -М.: Машиностроение, 1979-215 с.

73. Сторожев М.В., Доброхоров В.П. Усилие холодной вытяжки цилиндрической заготовки с утонением стенок. // Обработка металлов и сплавов давлением. М.: ВИЛ С, 1965.

74. Сторожев М.В., Попов Е.А Теория обработки металлов давлением. -М.: Машиностроение, 1977.- 424 с.

75. Сторожев М.В., Семенов Е.И., Кирсанова С.Б. Уточнение формы очага деформации и определение усилия при штамповке. // Вестник машиностроения, 1959, № 4., с. 7-9.

76. Тарновский И. Я., Леванов А. Н., Поксеваткин М. И. Контактные напряжения при пластической деформации. М.: Металлургия, 1966.-279 с.

77. Тарновский И. Я., Поздеев А.А., Ганого О.А. Деформации и усилия при обработке металлов давлением. М.: Машгиз, 1959. - 304 с.

78. Теория обработки металлов давлением. / Тарновский И.Я., Поздеев А.А., Ганого О.А. и др.- М.: Металлургия, 1963.-672с.

79. Теория пластических деформаций металлов. /Под ред. Е.П. Унксова и

80. A.Г. Овчинникова. М.: Машиностроение, 1983.-598 с.

81. Теория обработки металлов давлением. Часть I. Основы теории пластичности и ползучести: Учеб. пособие / В.И. Трегубов, С.П. Яковлев,

82. B.Н. Чудин, С.С. Яковлев. Тула: ТулГУ, 2002.- 152 с.

83. Теория обработки металлов давлением. Часть II. Методы анализа процессов пластического формоизменения: Учеб. пособие / С.П. Яковлев, Я.А. Соболев, В.И. Трегубов, В.Н. Чудин. Тула: ТулГУ, 2002. -146 с.

84. Томленов А.Д. Теория пластического деформирования металлов. М.: Металлургия, 1972.-408 с.

85. Томсен Э., Янг Ч., Кобаяши Ш. Механика пластических деформаций при обработке металлов. Пер. с англ. М.: Машиностроение, 1969.-505 с.

86. Третьяков А.В., Зюзин В.И. Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением. М.: Металлургия, 1973 .-224с.

87. Тяпкин Д.Р. Определение величины обжатия при штамповке-вытяжке (протягивания) с уменьшением толщины стенки. // Станки и инструмент, 1946, №7-8.

88. Унксов Е.П. Методы расчета усилий деформирования. М.: Машгиз, 1959.-328 с.

89. Фридман Я.Б. Механические свойства металлов. Т.1 М.: Машиностроение, 1974.-472 с.

90. Хилл Р. Математическая теория пластичности. М.: Изд. Иностр. Литературы, 1955. - 407 с.

91. Чернова Ю.В. Дефектообразование при вытяжке выдавленных полуфабрикатов. // Идеи молодых новой России. Сб. тез. докл. 1 Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов. -Тула: ТулГУ, 2004. с. 51.

92. Чернова Ю.В. Исследование характеристик деформирования методами верхних и нижних оценок. // Образование, наука, производство. Сб. тез. докл. Международного студенческого форума. Белгород: БелГТАСМ, 2002. - Ч.З -с. 143.

93. Чернова Ю.В. Калибровка выдавленных полуфабрикатов методами вытяжки с утонением. // Сборник тезисов II Международной научно-технической конференции «Механика пластического формоизменения.

94. Технологии и оборудование обработки материалов давлением». Тула: ТулГУ, 2004. - с. 108.

95. Чернова Ю.В. Особенности технологии изготовления тонкодонных корпусов // XXIX Гагаринские чтения. Тез. докл. Международной молодежной научной конференции. М.: Изд-во «МАТИ», 2003. - Т. 1. - с. 91-92.

96. Чернова Ю.В. Применение вытяжки для повышения качества выдавленных деталей. // Известия Тульского государственного университета. Серия Механика деформируемого твердого тела и обработки металлов давлением. Тула: ТулГУ, 2004. - Вып.1. - с. 117 - 124.

97. Чертавских А.К., Белосевич В.К. Трение и технологическая смазка при обработке металлов давлением. М.: Металлургия, 1968.-364 с.

98. Чудаков П.Д., Коробкин В.Д. Разработка и исследование технологических процессов в обработке металлов давлением. М.: Машиностроение, 1968.

99. Шофман JI.A. Теория и расчеты процессов холодной штамповки. М.: Машиностроение, 1964.- 374 с.

100. Шофман Л.А. Элементы теории холодной штамповки. М.: Машиностроение, 1952.- 277 с.

101. Шофман Л.А. Основы расчета процессов штамповки и прессования. М.: Машгиз, 1961.-339 с.

102. Яковлев С.С., Черняев А.В., Митин А.А., Агеева А.И. //Известия ТулГУ. Серия Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. Тула: ТулГУ, 2004. - Вып. 2. - с. 29-37.

103. Яковлев С.П., Кухарь В.Д., Евдокимов А.К., Макарова JT.JI. Математические основы теории обработки металлов давлением. -Тула: ТулПИ, 1982.- 90 с.

104. Яковлев С.П., Яковлев С.С., Андрейченко В.А. Обработка давлением анизотропных материалов. Кишинев:Квант, 1997.- 332 с.

105. Jonson W., Mellor P. Plasticity for mechanical engineers. London. 1962