Вытяжка осесимметричных ступенчатых деталей в ленте тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.09, кандидат наук Вилимок Ярослав Александрович

• Вилимок Ярослав Александрович
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Вилимок Ярослав Александрович

ВВЕДЕНИЕ

1 ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТУПЕНЧАТЫХ ДЕТАЛЕЙ

1.1 Методы построения технологических процессов вытяжки ступенчатых деталей

1.2 Вытяжка ступенчатых деталей из штучных заготовок

1.3 Вытяжка ступенчатых деталей с фланцем из штучных заготовок

1.4 Вытяжка ступенчатых деталей в ленте

1.5 Расчёт размеров штучной заготовки для деталей ступенчатой формы

1.6 Расчёт силы вытяжки ступенчатых деталей

1.7 Штампы последовательного действия

1.8 Штампы для изготовления ступенчатых деталей

1.9 Методы испытания листовых материалов

1.10 Диаграммы предельной пластичности

1.11 Основные выводы и постановка задач исследования

2 ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХОСНОГО НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПО МЕТОДУ ЭРИКСЕНА

2.1 Применение метода конечных элементов к процессам

листовой штамповки

2.2 Компьютерное моделирование испытаний на двухосное растяжение

2.3 Сравнение предельной штампуемости при двухосном растяжении

2.4 Основные результаты и выводы

3 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫТЯЖКИ СТУПЕНЧАТЫХ ДЕТАЛЕЙ В ЛЕНТЕ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

3.1 Технологические параметры изготовления

3.2 Компьютерное моделирование вытяжки ступенчатых деталей методом конечных элементов

3.3 Технологические маршруты изготовления ступенчатых деталей

3.4 Исследование зависимости интенсивности деформаций, интенсивности

напряжений, силы вытяжки от технологических параметров

3.5 Исследование зависимости предельной высоты детали от технологических параметров

3.6 Статистическое моделирование

3.7 Основные результаты и выводы

4 ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТУПЕНЧАТОЙ ДЕТАЛИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ВЫТЯЖКОЙ В ЛЕНТЕ

4.1 Определение рационального технологического режима

4.2 Сравнение результатов исследования с результатами, полученными

другими авторами

4.3 Разработка штамповой оснастки

4.4 Испытание штамповой оснастки

4.5 Основные результаты и выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПЕРСПЕКТИВЫ ДАЛЬНЕЙШЕГО РАЗВИТИЯ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Вытяжка осесимметричных ступенчатых деталей в ленте»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Развитие промышленности страны в значительной мере определяется ростом объема производства металлов, расширением сортамента изделий из металлов и сплавов и повышением их качественных показателей, что в значительной мере зависит от условий пластической обработки. Знание закономерностей обработки металлов давлением помогает выбирать наиболее рациональные режимы технологических процессов. В настоящее время в России активно развиваются машиностроительные производства, в которых применяется много видов ступенчатых осесимметричных деталей различной конфигурации, изготавливаемые операциями вытяжки.

Возможность изготовления вытяжкой малогабаритных ступенчатых деталей различной конфигурации (с диаметром большей ступени до 100 мм) представляет значительный интерес для различных отраслей электротехнической, приборостроительной и машиностроительной промышленностей, где в связи с постоянным расширением номенклатуры выпускаемых изделий необходимо совершенствование технологий производства и процессов интеграции. Наиболее эффективным способом изготовления малогабаритных осесимметричных ступенчатых деталей из тонколистовых материалов является вытяжка в ленте. Широкое внедрение вытяжки осесимметричных ступенчатых деталей сдерживается недостаточной изученностью особенностей течения материала при их изготовлении. Большинство существующих рекомендаций носит обобщенный характер: влияние технологических параметров на интенсивность напряжений, интенсивность деформаций, предельную высоту, силу вытяжки при штамповке осесимметричных ступенчатых деталей не оценивалось. В связи с этим выявление закономерностей влияния технологических параметров сократит стоимость и сроки внедрения производства новой номенклатуры осесимметричных ступенчатых деталей.

Теоретическое обоснование рациональных технологических режимов операции вытяжки осесимметричных ступенчатых деталей, обеспечивающих повышение технологичности изготовления, является актуальной задачей.

Работа выполнялась в соответствии с государственными контрактами в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы Минобрнауки РФ, грантами РФФИ, научно-технической программой Министерства образования и науки Российской Федерации «Развитие научного потенциала высшей школы», государственным контрактом Министерства образования и науки РФ.

Цель работы. Повышение эффективности изготовления осесимметричных ступенчатых деталей вытяжкой в ленте на основе теоретически и экспериментально обоснованных технологических режимов операций вытяжки и технических решений.

Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи исследования:

1 Исследовать предельные возможности формоизменения материалов (стали 12Х18Н10Т и алюминия А5М) в условиях двухосного растяжения по методу Эриксена экспериментально и с помощью компьютерного моделирования методом конечных элементов; определить силовые параметры, напряжённое и деформированное состояния, установить зависимости предельной высоты купола от диаметра пуансона для различных толщин материалов и коэффициентов трения; сравнить результаты, полученные экспериментально и с помощью компьютерного моделирования.

2 Выполнить исследования операции вытяжки в ленте с защемлением фланца осесимметричных ступенчатых деталей из стали 12Х18Н10Т и алюминия А5М с выявлением закономерности влияния геометрии инструмента, условий трения на контактных поверхностях заготовки и рабочего инструмента, относительного диаметра ступеней, относительной предельной высоты ступеней, толщины материала на силовые параметры, интенсивность напряжений, интенсивность деформаций, предельные высоты.

3 Провести сравнение и определить закономерности значений глубины вытяжки по методу Эриксена с предельной высотой ступеней осесимметричных де-

талей из стали 12Х18Н10Т и алюминия А5М при вытяжке в ленте с защемлением фланца для различных вариантов технологии формоизменения.

4 Разработать методику определения технологических переходов операции вытяжки в ленте с защемлением фланца осесимметричных ступенчатых деталей на основе технологических испытаний по методу Эриксена и диаграммы предельной пластичности.

5 Повысить эффективность изготовления осесимметричных ступенчатых деталей вытяжкой в ленте с защемлением фланца путём разработки конструкции штампа последовательного действия, позволяющего осуществлять вытяжку с формовкой фланца в одном штампе.

Объект исследования. Вытяжка осесимметричных ступенчатых деталей.

Предмет исследования. Операции вытяжки осесимметричных ступенчатых деталей в ленте в условиях защемления фланца.

Методы исследования. Теоретические исследования операций вытяжки осесимметричных ступенчатых деталей выполнены с использованием основных положений теории пластичности для упругопластического, несжимаемого, упрочняющегося материала в программном комплексе «Autoform», основанном на базе МКЭ. Экспериментальные исследования проводились с использованием испытательной машины МТЛ-10Г.

Автор защищает:

- установленные количественные зависимости влияния геометрии инструмента, коэффициента трения, относительных диаметров ступеней, толщины материала, силы прижима на силовые параметры, интенсивность напряжений, интенсивность деформаций, предельные высоты операции вытяжки в ленте осесиммет-ричных ступенчатых деталей;

- результаты технологических испытаний на двухосное растяжение по методу Эриксена, полученные экспериментально и путем компьютерного моделирования с использованием метода конечных элементов;

- результаты компьютерного моделирования операций вытяжки осесиммет-ричных ступенчатых деталей в ленте в условиях защемления фланца;

- разработанную методику определения параметров технологического процесса вытяжки ступенчатых деталей в ленте в условиях защемления фланца, основанную на результатах технологических испытаний по методу Эриксена и компьютерного моделирования.

- конструкцию штампа для последовательной вытяжки в ленте, отличающегося от аналогов наличием отражателя локальной силы и возможностью формовки локальных выступов детали в противоположном направлении.

Научная новизна. Установлена качественная и количественная корреляция значений глубины вытяжки по методу Эриксена с предельной высотой ступенчатой детали для трех технологических маршрутов изготовления в ленте с защемлением фланца.

Для операций вытяжки осесимметричных ступенчатых деталей в ленте в условиях с защемлением фланца выявлены количественные закономерности изменения предельных высот, силовых параметров, интенсивностей напряжений, интенсивностей деформаций от различных технологических параметров: толщины материала, коэффициента трения, геометрии инструмента, геометрии детали.

Практическая значимость. Получены уравнения регрессии, позволяющие устанавливать предельную высоту ступенчатых деталей различной конфигурации при штамповке в ленте в условиях с защемлением фланца; предложена методика определения рационального технологического режима изготовления ступенчатых деталей в ленте в условиях с защемлением фланца; спроектирована штамповая оснастка (патент на полезную модель РФ № 135948); создана 3-0 модель штампа; изготовлен, испытан и отлажен штамп.

Реализация работы. Разработанные рекомендации по проектированию технологических процессов изготовления осесимметричных ступенчатых деталей заданной конфигурации востребованы на ОАО «ТНИТИ» (г. Тула) при проектировании изделия типа «Крышка».

Внедрение предложенных рекомендаций позволяет повысить эффективность изготовления: сократить сроки подготовки производства, уменьшить металлоемкость заготовок, снизить трудоемкость изготовления деталей и повысить их

качество. Отдельные результаты исследований использованы в учебном процессе при подготовке бакалавров направления 15.07.01 «Машиностроение» и магистров направления 15.04.01 «Машиностроение» профиля «Машины и технология обработки металлов давлением».

Апробация работы. Материалы настоящей работы представлены на 15 всероссийских и международных конференциях и выставках, среди которых наиболее значимые: Международная молодежная научная конференция «Гагаринские чтения» (Москва, МАТИ, 2012, 2013, 2014 гг.); Всероссийская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Современные технологии обработки металлов и средства их автоматизации» (Тула, ТулГУ, 2012, 2013 гг.); III Международная научно-техническая конференция «Механика пластического формоизменения. Технологии и оборудование обработки материалов давлением» (Тула, ТулГУ, 2014 г.); Научно-практическая конференция профессорско-преподавательского состава ТулГУ (г. Тула, 2013, 2014, 2015, 2017 гг); XVI Московский международный салон изобретений и инновационных технологий «Архимед» (Москва, КВЦ «Сокольники», 2013 г.); IX Международный салон изобретений и новых технологий «Новое время» (Севастополь, 2013 г.). Автор был награжден 4 медалями и 8 дипломами лауреата.

Публикации. Материалы проведенных исследований отражены в 1 2 публикациях: в 7 статьях в изданиях, внесенных в список ВАК, в 5 тезисах международных и всероссийских научно-технических конференций; общим объемом 3,2 п.л.; из них авторских - 2,4 п.л.; получен 1 патент на полезную модель.

Автор выражает глубокую благодарность д-ру. техн. наук, профессору А.К. Евдокимову, д-ру. техн. наук, профессору С.С. Яковлеву за оказанную помощь при выполнении работы.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения и четырех разделов, заключения, списка использованных источников из 92 наименований, 2 приложений и включает 89 страниц машинописного текста, 64 рисунка и 20 таблиц. Общий объем - 128 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность рассматриваемой в работе задачи, ее научная новизна, практическая ценность, приведены положения, выносимые на защиту, и краткое содержание разделов диссертации.

В первом разделе изложено современное состояние теории и технологии изготовления вытяжкой осесимметричных сложнопрофильных деталей, в том числе ступенчатых деталей, рассмотрены существующие методы анализа процессов обработки металлов давлением.

Отмечено, что значительный вклад в развитие теории пластичности и методов анализа процессов обработки металлов давлением, в исследования операций вытяжки внесли А.Ю. Аверкиев, А.А. Бебрис, С.А. Валиев, С.И. Губкин, В.Л. Колмогоров, А.Г. Овчинников, Е.А. Попов, И.П. Ренне, В.П. Романовский, Л.А. Шофман, И.Н. Шубин, С.П. Яковлев, С.С. Яковлев и др., а также зарубежные ученые Г.В. Свифт, П. Эриксен, Л.А. Шофман, У. Джонсон, Р. Хилл, С.И. Чанг и др. В трудах этих ученых разработаны и усовершенствованы методы анализа процессов пластического формоизменения, даны примеры их применения к анализу процессов обработки металлов давлением. Проведен анализ существующих технологических процессов изготовления ступенчатых деталей.

Установлено, что большинство существующих исследований выполнены экспериментальными или инженерными методами. Метод конечных элементов способствует повышению эффективности анализа. Использование этого метода для исследования сложного характера пластического течения металла, а также изучения действий на него технологических параметров, напряженного и деформированного состояний и условий трения на контактных границах позволяет разработать наиболее точную, достоверную, универсальную модель деформирования. Отмечены основные уравнения метода конечных элементов, используемые для изучения операций листовой штамповки. Проанализированы особенности изготовления ступенчатых деталей. Выяснено, что рекомендации по проектированию технологических процессов и инструмента для изготовления ступенчатых деталей в ленте носят обобщенный характер, влияние технологических парамет-

ров на изготовление деталей не оценивалось, сравнение способов изготовления не проводилось.

Выявлено, что при штамповке ступенчатых деталей в ленте в условиях защемления фланца схема деформирования ближе всего к схеме двухосного напряженного состояния. В связи с этим большой практический интерес представляет возможность сопоставить результаты испытаний по методу Эриксена с результатами исследований вытяжки ступенчатых деталей, а также выявить зависимости выразив их через относительные величины.

На основании проведенного обзора выявлена необходимость дальнейших исследований закономерностей и явлений, происходящих при вытяжке ступенчатых деталей. В конце раздела сформулированы задачи исследования.

Во втором разделе приведены результаты компьютерного исследования (методом конечных элементов) испытаний листовой заготовки на двухосное растяжение (по методу Эриксена). Отражены особенности использования метода конечных элементов, а также особенности использования специального программного обеспечения для операций листовой штамповки, а также приведено сравнение результатов исследований.

Испытания на двухосное растяжение проводились путем моделирования методом конечных элементов в соответствии с ГОСТ 10510-80 для алюминия А5М и стали 12Х18Н10Т различной толщины, используя пуансоны различных диаметров. Механические и физические свойства материалов принимались близкими к реальным. Трение на контактных поверхностях рассматривалось по закону Прандтля.

Исходя из результатов исследований, выявлены зависимости предельной высоты сферического купола от диаметра пуансона для стали 12Х18Н10Т и алюминия А5М различных толщин.

Методом статистической обработки результатов экспериментов были получены уравнения регрессии. Используя полученные уравнения, можно прогнозировать предельную высоту сферического купола.

Для оценки достоверности полученных компьютерных результатов выполнено сопоставление их с экспериментальными данными испытаний по методу Эриксена с нанесением делительной сетки на образце.

В третьем разделе рассмотрено влияние технологических параметров на интенсивности напряжений и деформаций, предельные высоты, силу вытяжки при изготовлении осесимметричных ступенчатых деталей в ленте.

В программном комплексе «Autoform» выполнены теоретические исследования операции вытяжки ступенчатых деталей из алюминиевого сплава А5М и стали 12Х18Н10Т.

Рассмотрены три технологических маршрута изготовления ступенчатых деталей: последовательная вытяжка от меньшей ступени к большей; последовательная вытяжка от большей ступени к меньшей; одновременная вытяжка всех ступеней. Определен наиболее рациональный маршрут изготовления ступенчатых деталей.

Выявлено влияние коэффициента трения на контактных поверхностях, толщины материала, относительных диаметральных размеров ступеней, геометрии инструмента с различными радиусами пуансона и матрицы на напряжения, деформации, силу вытяжки, предельную высоту детали.

Установлена качественная и количественная корреляция значений глубины вытяжки по методу Эриксена с высотой ступенчатой детали при вытяжке в ленте с защемлением фланца, позволяющая установить технологические режимы штамповки с использованием технологических испытаний на двухосное растяжение.

В четвертом разделе на основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработана методика по определению рационального технологического режима изготовления осесимметричных ступенчатых деталей.

С учетом составленных рекомендаций разработана последовательность операций и схема раскроя полосы при изготовлении ступенчатой детали «Крышка» в ленте толщиной 0,3 мм из стали 12Х18Н10Т.

Используя результаты технологических испытаний на двухосное растяжение и установленную корреляцию значений глубины вытяжки по методу Эриксе-

на с высотой ступенчатой детали при вытяжке в ленте с защемлением фланца, проведена оценка возможности изготовления детали заданной конфигурации по трем технологическим маршрутам.

На основе разработанной последовательности операций был спроектирован штамп, а также создана его 3-0 модель. На данный штамп был получен патент как на полезную модель «Штамп для последовательной вытяжки в ленте».

Была изготовлена, испытана, отлажена штамповая оснастка для изготовления деталей заданной конфигурации и получена бездефектная партия изделий.

Разработанные рекомендации по проектированию технологических процессов востребованы на ОАО «ТНИТИ» (г. Тула).

В заключении приводятся основные результаты и выводы по выполненной работе.

1 ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТУПЕНЧАТЫХ

ДЕТАЛЕЙ

Значительный вклад в развитие теории пластичности и методов анализа процессов обработки металлов давлением, в исследования операций вытяжки внесли А.Ю. Аверкиев, А.А. Бебрис, С.А. Валиев, С.И. Губкин, В.Л. Колмогоров, А.Г. Овчинников, Е.А. Попов, И.П. Ренне, В.П. Романовский, Л.А. Шофман, И.Н. Шубин, С.П. Яковлев, С.С. Яковлев и др., а также зарубежные ученые Г.В. Свифт, П. Эриксен, Л.А. Шофман, У. Джонсон, Р. Хилл, С.И. Чанг и др. В трудах этих ученых разработаны и усовершенствованы методы анализа процессов пластического формоизменения, даны примеры их применения к анализу процессов обработки металлов давлением.

Современные тенденции металлообработки характеризуются резким повышением требований к качеству и эксплуатационным свойствам изделий при снижении себестоимости их производства [47].

По тематике изготовления ступенчатых деталей был проведен анализ существующей литературы [15]. Рассмотрены основные положения изготовления ступенчатых деталей, вытяжка ступенчатых деталей из штучной заготовки, вытяжка ступенчатых деталей с фланцем из штучной заготовки, вытяжка деталей в ленте, расчет размеров заготовки, расчет силы операций вытяжки, типовые конструкции штампов последовательного действия, конструкции штампов для вытяжки ступенчатых деталей.

1.1 Методы построения технологических процессов вытяжки ступенчатых

деталей

К телам вращения сложной формы относятся полые детали, имеющие ступенчатую, коническую, сферическую или параболическую форму. Вытяжка деталей указанной формы сложнее, чем вытяжка цилиндрических деталей. Вытяжка -операция, с помощью которой из плоской листовой заготовки получают полые пространственные детали. При вытяжке заготовка протягивается пуансоном через

отверстие матрицы, в результате чего периметр заготовки уменьшается и плоская заготовка превращается в полое изделие или полуфабрикат (первый переход вытяжки), или же полый полуфабрикат получает дальнейшее уменьшение поперечных размеров при одновременном увеличении его высотных размеров (последующие переходы вытяжки). Вытяжкой получают детали различных конфигураций в плане и профилей в поперечных сечениях: осесимметричные (цилиндрические, конические, с криволинейной образующей и т.п.), имеющие плоскостную симметрию (коробчатые с плоскими боковыми стенками, сложной конфигурации типа крышки автомобиля и т.п.), и детали несимметричные (крыло автомобиля и т. п.) [1, 43].

Величина допустимого формоизменения на каждом переходе вытяжки в значительной степени зависит от условий деформирования и обычно ограничивается разрушением заготовки в опасном сечении или потерей устойчивости заготовки в процессе деформирования [8, 64, 69]. Потеря устойчивости приводит к появлению складок, морщин, искажающих форму заготовки и получаемого изделия, а иногда и к разрушению [32], когда образовавшиеся складки застревают в зазоре между пуансоном и матрицей.

Сложность и длительность технологического процесса получения деталей вытяжкой зависит от величины допустимого формоизменения заготовки за переход, и этот технологический параметр является основным при проектировании технологического процесса [68].

Для оценки степени влияния отдельных факторов на величину допустимого формоизменения, на силу и работу деформирования, на возможность появления тех или других дефектов в штампуемой детали необходимо иметь представление о механизме деформирования заготовки в процессе вытяжки [25, 35, 36].

Особенность вытяжки деталей ступенчатой формы заключается в том, что значительная часть поверхности деформируемой заготовки остается неприжатой ни к пуансону, ни к матрице и легко образует выпучивания и гофры. Кроме того, давление пуансона вначале передается только в центре заготовки, вызывая местное утонение материала [59].

Исследованием вытяжки, в частности вытяжки ступенчатых деталей, занималось множество авторов, которые работали как в области обработки металлов давлением, так и в области теории пластичности.

Ввиду большого разнообразия и сложности деталей ступенчатой формы трудно установить единый метод для построения технологических переходов вытяжки. Осесимметричные ступенчатые детали могут отличаться по множеству параметров, к основным из которых относятся: количество ступеней, радиусы ступеней, относительные диаметры ступеней, относительные высоты ступеней.

Примеры ступенчатых деталей различной конфигурации приведены на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Примеры ступенчатых деталей различной конфигурации

Из изображений видно, что в конфигурации ступенчатой детали могут присутствовать дополнительные элементы (отверстия, выступы, изгибы и т.д.), что также усложняет ее изготовление.

Ступенчатые детали могут быть получены как из штучных заготовок, так и из ленты в штампах последовательного действия.

В работе [1] приведены преимущества и недостатки штамповки в ленте. Преимущества штамповки в ленте: высокая производительность процесса, безопасность в работе, возможность автоматизации процесса подачи ленты в штамп и объединения большого числа переходов в одном штампе последовательного действия (до десяти), в то время как в штампах совмещенного действия удается объединить лишь два-три перехода.

Недостатки данного способа штамповки заключаются в некотором ограничении размеров штампуемых деталей, повышенном расходе металла вследствие

увеличения перемычек, в сложности и высокой стоимости штамповой оснастки. Размеры деталей, получаемых вытяжкой в ленте, обычно невелики, до 40...50 мм в диаметре.

1.2 Вытяжка ступенчатых деталей из штучных заготовок

При разработке технологического процесса вытяжки ступенчатых полых деталей (рисунок 1.2, а) из штучных заготовок в условиях плоско-напряженного состояния необходимо решить, возможно ли вытянуть заданную деталь за одну операцию или требуется несколько вытяжных операций, а также определить последовательность получения ступеней [44].

а б

Рисунок 1.2 - Ступенчатые полые детали (колпачки)

В работах [1, 4, 6, 30, 44, 54, 59] возможность вытяжки за одну операцию устанавливают путем сопоставления значений коэффициента вытяжки для первой операции простой цилиндрической детали без фланца и условного коэффициента вытяжки (пропорционально-суммарный коэффициент вытяжки), вычисляемого по формуле разработанной Горьковским автозаводом:

(/ц/ЛгХ^/Я,) + (й2Аз)№/Я3) + (Лп-1/Лп)(<1п-1 + (¿п/Я3)

ГАст

к±/к2 +Ь2/к3 + "' К-г/К +1

где Б3 - диаметр заготовочного кружка;

... 4 - диаметры ступеней вытягиваемой детали;

011/к2) ,(Ь2/Н3) ..Лп_ 1/Нп- коэффициенты пропорциональности, выражающие

отношение высот соответствующих деталей;

И1, И2 ... И„ - высоты ступеней вытягиваемой детали.

Если шст больше или равен коэффициенту вытяжки одноступенчатой детали диаметром й из заготовки того же размера В3, которая требуется для вытяжки ступенчатой детали, последняя может быть получена за одну вытяжную операцию.

Эта формула, проверенная практикой, позволяет в ряде случаев значительно упростить технологический процесс штамповки ступенчатых деталей. Она позволяет оценить возможность вытяжки ступенчатой детали за один переход, даже если коэффициент вытяжки, определенный по наименьшему диаметру стакана, больше допустимого для первого перехода вытяжки цилиндрического стакана.

В работе [59] отмечено, что в случае вытяжки детали ступенчатой формы за несколько операций их количество и последовательность определяются числом ступеней, если при этом коэффициенты вытяжки на каждой ступени не выходят из установленных пределов. Технологические расчеты вытяжки таких деталей основаны на строгом соблюдении правил перераспределения металла, аналогично вытяжке деталей с широким фланцем.

В работе [4] указано, что при вытяжке ступенчатых деталей в несколько операций формоизменение должно начинаться с большего диаметра. При этом за каждую операцию, во избежание разрывов, в матрицу должно втягиваться на 5.8 % металла больше, чем необходимо для последующей операции.

В работе [30] отмечено, что при определении числа операций вытяжки нужно стремиться, в основном, к тому, чтобы на всех операциях, начиная с первой, принималось такое уменьшение поперечного размера изделия, чтобы напряжение в материале (при полном использовании его пластических свойств) не превосходило его предела прочности. Это означает, что на каждой операции вытяжки следует принимать максимально возможную степень деформации.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Вилимок Ярослав Александрович, 2018 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Аверкиев А.Ю. Методы оценки штампуемости листового металла / А.Ю. Аверкиев. - М.: Машиностроение, 1985. - 176 с.

2 Аверкиев А. Ю. Технология холодной штамповки / А. Ю. Аверкиев, Ю.

A. Аверкиев - М.: Машиностроение, 1989. - 304 с.

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

4 Ачеркан Н.С. Справочник металлиста / Н.С. Ачеркан. - М.: Машгиз, 1958. - 900 с.

5 Белов В.В. Штампы для листовой штамповки. Расчет и конструирование /

B.В. Белов. - М.: Машиностроение, 1987. - 292 с.

6 Барановский М.А. Справочник мастера-штамповщика: справочное издание / М. А. Барановский. - 2-е изд., перераб. и доп. - Минск: Беларусь, 1968. - 404 с.

7 Большаков В.П. Твердотельное моделирование деталей в CAD-системах: AutoCAD, КОМПАС-3D, Solidworks, Inventor, Creo / В.П. Большаков. - Санкт-петербург: «Питер», 2014. - 304 с.

8 Бэкофен В. Процессы деформации: монография / В. Бэкофен. - М.: Металлургия, 1977. - 288 с.

9 Вилимок Я.А. Напряженное состояние плоских образцов при одноосном и двухосном растяжении / Я.А. Вилимок, К.А. Назаров, А.К. Евдокимов // Известия ТулГУ. Технические науки. - 2013. - Вып. 11. - С. 388-393.

10 Вилимок Я.А. Сравнительный анализ предельной штампуемости при двухосном растяжении / Я.А. Вилимок, А.К. Евдокимов // Известия ТулГУ. Технические науки. - 2014. - Вып. 7. - С. 71-75.

11 Вилимок Я.А. Критерий предельной штампуемости при вытяжке ступенчатых деталей из листа / Я.А. Вилимок // Известия ТулГУ. Технические науки. -2014. - Вып. 11. - С. 74-77.

12 Вилимок Я.А. Совершенствование штамповой оснастки для получения сложнопрофильных деталей из тонколистовых материалов / Я.А. Вилимок // Известия ТулГУ. Технические науки. - 2015. - Вып. 3. - С. 66-71.

13 Вилимок Я.А. Особенности вытяжки ступенчатых деталей / Я.А. Вилимок // Известия ТулГУ. Технические науки. - 2015. - Вып. 5. - С. 56-61.

14 Вилимок Я.А. Рациональные технологические параметры изготовления ступенчатых деталей из алюминиевого сплава / Я.А. Вилимок, С.Н. Ларин // Известия ТулГУ. Технические науки. - 2017. - Вып. 4. - С. 26-30.

15 Вилимок Я.А. Особенности изготовления ступенчатых деталей из тонколистовых материалов / Я.А. Вилимок, С.Н. Ларин // Известия ТулГУ. Технические науки. - 2017. - Вып. 6. - С. 18-23.

16 Вилимок Я.А., Евдокимов А.К. Штамп для последовательной вытяжки в ленте // Патент России № 135948. 2013. Бюл. № 36.

17 Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы / Р. Галлагер. - М.: Мир, 1984. - 428с.

18 Ганин Н.Б. Трехмерное проектирование в КОМПАС-3Б / Н.Б. Ганин. -М.: «ДКМ-Пресс», 2012. - 784 с.

19 Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика: учеб. пособие для вузов / В.Е. Гмурман. - 9-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2003. - 479 с.

20 Гмурман В.Е. Руководство к решению задач по теории вероятностей и математической статистике / В.Е. Гмурман. - М.: Высшая школа, 1979. - 400 с.

21 Головлев В.Д. Расчеты процессов листовой штамповки / В.Д. Головлев. -М.: Машиностроение, 1974. - 136 с.

22 Григорьев Л. Л. Холодная штамповка: справочник / Л. Л. Григорьев, К. М. Иванов, Э. Е. Юргенсон. - Санкт-Петербург: Политехника, 2009. - 665 с.

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

24 Губкин С.И. Пластическая деформация металлов. Т.3. / С.И. Губкин. -М.: Металлургиздат, 1961. - 376 с.

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

26 Дорин В.И. Точная штамповка деталей оптико-механических приборов / В.И. Дорин. - М.: Машиностроение, 1958. - 459 с.

27 Евдокимов А.К., Назаров К.А. Способ оценки предельной деформации

7

при локальной листовой штамповке. Патент РФ №2324918, МПК7, в0Ш 3/28, БИ №14 от 20.05.2008 г.

28 Евдокимов Д.В. Оценка предельной пластичности листового материала при двухосном растяжении / Д.В. Евдокимов // Известия ТулГУ. Технические науки. - 2009. - Вып. 2. Часть 2. - С. 366-371.

29 Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике / О. Зенкевич. - М.: Мир, 1975. - 541с.

30 Зубцов М.Е. Листовая штамповка / М.Е. Зубцов. - Л.: Машиностроение, 1980. - 432 с.

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

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

33 Ковка и штамповка: справочник. Т. 4. / под ред. А.Д. Матвеева. - М.: Машиностроение, 1987. - 544 с.

34 Ковка и штамповка: справочник. Т. 4. Листовая штамповка / под общ. ред. С.С. Яковлева; ред. совет: Е.И. Семенов (пред.) и др. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 2010. - 732 с.

35 Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением: учебник для вузов / В.Л. Колмогоров. - М.: Металлургия, 1986. - 668 с.

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

37 Корсаков В.Д. Справочник мастера по штампам / В.Д. Корсаков. - М.: Машиностроение, 1972. - 192 с.

38 Корсаков В.Д. Технологическая оснастка для холодной штамповки, прессования пластмасс и литья под давлением. Ч.1. / В.Д. Корсаков, В.А. Папсуев, Г.И. Хесин и др. - М.: НИИМАШ, 1964. - 436 с.

39 Кухарь В.Д. Математическая модель многооперационной вытяжки ступенчатых осесимметричных деталей из анизотропных материалов / В.Д. Кухарь, С.С. Яковлев, К.С. Ремнев // Известия ТулГУ. Технические науки. - 2011. - Вып. 2. - С. 409 - 416.

40 Кухтаров В.И. Холодная штамповка / В.И. Кухтаров. - М.: Машгиз, 1962.

- 402с.

41 Леванов А.Н. Контактное трение в процессах обработки металлов давлением / А.Н. Леванов, В.Л. Колмогоров, С.П. Буркин. - М.: Машиностроение, 1976.

- 416 с.

42 Листовая штамповка: расчет технологических параметров: справочник / В.И. Ершов [и др.]. - М.: Изд-во МАИ, 1999. - 516 с.

43 Лысов М.И. Пластическое формообразование тонкостенных деталей авиатехники / М.И. Лысов, И.М. Закиров. - М.: Машиностроение, 1983. - 176 с.

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

45 Марочник сталей и сплавов / Под общ.ред. В.Г. Сорокина. - М.: Машиностроение, 1989. - 640 с.

46 Мосин Ф.В. Технология изготовления деталей из труб / Ф.В. Мосин. - М.: Машиностроение, 1962. - 272 с.

47 Нечепуренко Ю.Г. Перспективные технологические процессы изготовления тонкостенных цилиндрических изделий / Ю.Г. Нечепуренко, П.В. Романов, Г.А. Нуждин, И.И. Матасов // Известия ТулГУ. Технические науки. - 2017. -Вып. 6. - С. 24-33.

48 Панфилов Г.В. Обработка результатов многофакторного эксперимента по радиальной штамповке концевых участков крестообразного профиля / Г.В. Панфилов, В.А. Сухонин, С.С. Калинин // Известия ТулГУ. Технические науки. -2016. - Вып. 7. Ч. 2. - С. 29-41.

49 Панфилов Г.В. Планирование многофакторного эксперимента по радиальной штамповке концевых участков крестообразного профиля / Г.В. Панфилов,

B.А. Сухонин, С.С. Калинин // Известия ТулГУ. Технические науки. - 2016. -Вып. 7. Ч. 2. - С. 9-17.

50 Позняк Л.А. Инструментальные стали: справочник / Позняк Л.А., Тишаев

C.И., Скрынченко Ю.М. и др. - М.: Металлургия, 1977. - 168 с.

51 Поликарпов Е.Ю. Вытяжка ступенчатых деталей из анизотропного материала / Е.Ю. Поликарпов // Известия ТулГУ. Механика деформированного твердого тела и обработка металлов давлением. - 2004. - Вып. 2. - С. 86-93.

52 Поликарпов Е.Ю. Многооперационная вытяжка ступенчатых осесим-метричных деталей из анизотропного материала / Е.Ю. Поликарпов // Известия ТулГУ. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. - 2005. - Вып. 1. - С. 101-108.

53 Поликарпов Е.Ю. Технологические параметры многооперационной вытяжки ступенчатых осесимметричных деталей из анизотропных материалов / Е.Ю. Поликарпов // Известия ТулГУ. Технические науки. - 2008. - Вып. 1. - С. 94-103.

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

55 Попов Е.А. Величина изгибающего момента при вытяжке / Е.А. Попов // Сборник статей МВТУ «Машины и технологии обработки металлов давлением». - М.: Машгиз, 1951. - С. 9-11.

56 Попов Е.А. Технология и автоматизация листовой штамповки / Е.А. Попов, В.Г. Ковалев, И.Н. Шубин. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. - 480 с.

57 Расчет и проектирование процессов объемной и листовой штамповки: учебное пособие / В.Н. Субич, Н.А. Шестаков, В.А. Демин, А.В. Власов. - М.: МГИУ, 2007. - 414 с.

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

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

60 Рудман Л.И. Справочник конструктора штампов. Листовая штамповка / Л.И. Рудман. - М.: Машиностроение, 1988. - 496 с.

61 Самсонов В.В. Автоматизация конструкторских работ в среде Компас-3Э / В.В. Самсонов, Г.А. Красильникова. - М.: Издательский центр «Академия», 2009. - 224 с.

62 Сизов Е.С. Штамп для ступенчатой вытяжки. Авторское свидетельство № 615997,кл. В 2Ш 22/20. Опубл. 25.07.78

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

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

65 Теория обработки металлов давлением: учебник для вузов / В.А. Голен-ков [и др.] // под ред. В.А. Голенкова, С.П. Яковлева. - М.: Машиностроение, 2009. - 442 с.:ил.

66 Трегубов В.И. Теория обработки металлов давлением. Ч. I. Основы теории пластичности и ползучести: учеб. пособие / В.И. Трегубов, С.П. Яковлев, В.Н. Чудин, С.С. Яковлев. - Тула: ТулГУ, 2002. - 152 с.

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

68 Хилл Р. Математическая теория пластичности / Р. Хилл. - М.: ГИТТЛ, 1956. - 408с.

69 Шляхин А.Н. Прогнозирование разрушения материала при вытяжке цилиндрических деталей без утонения / А.Н. Шляхин // Вестник машиностроения. -1995. - №5. - С. 35-37.

70 Шофман Л.А. Теория и расчеты процессов холодной штамповки / Л.А. Шофман. - М.: Машиностроение, 1964. - 374 с.

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

72 Юсипов З.И. Обработка металлов давлением и конструкции штампов, 2-е изд. перераб. / Юсипов З.И., Каплин Ю.И. - М.: Машиностроение, 1981. - 272 с.

73 Яковлев С.С. Технологические параметры процесса реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем из анизотропного материала / С.С. Яковлев, Е.Ю. Поликарпов // Заготовительные производства в машиностроении. - 2009. - № 4. - С. 25-30.

74 Ярцев В.В. Штамп для вытяжки. Фойгельман Г.А. Альбом конструкций универсальных штампов, блоков и узлов для холодной штамповки. - М.: Маш-гиз, 1980 - С. 85.

75 Ярцев В.В. Штамп для вытяжки ступенчатых деталей с фланцем. Авторское свидетельство СССР № 592484, кл. В 21D 22/02. Опубл. 12.12.75.

76 Altinbalik T., Tonka A. Numerical and experimental study of sheet thickness variation in deep drawing processes. / International journal of modern manufacturing technologies. - 2012. - №2. - P. 9-16.

77 Banabic Dorel. Advanced methods in material forming // Technical University Cluj-Napoca, 2007 - 361 p.

78 Balogh G., Szabo I. New procedure to combine CAD modeling FEM simulation and barkhausen-noise stress analysis in sheet metal forming // Acta physica debre-cina. - 2012. - №9. P. 9-23.

79 Daniel J. Schaeffler, Evan J. Vineberg. Troubleshooting formability problems using strain analysis // ASM handbook, Volume 14B, Metalworking: Sheet Forming. ASM International, 2006. - 924 p.

80 Dowson P. R. Viscoplastic finite element analysis of steady-state forming processes including strain history and stress flux dependence // Application of Numerical Methods to Forming Processes. ASME. - 1978. - P. 55-66.

81 Gordon J. D. and Weinstein A. S. A finite element analysis of the plane strain drawing problem // Proc. 2nd NAMRC. Madison. - 1974. - P. 194-208.

82 Gotoh M. and Ishise F. A finite element analysis of rigid-plastic deformation of the flange in a deep drawing process based on a fourth-degree yield function // Int. J. Mech. Sci. - 1978. - 20. - P. 423-435.

83 Handbook of Metal forming. Editor Kurt Lange. New York, 1985. - 614.

84 Hosford William F. Metal forming: mechanics and metallurgy / William F. Hosford, Robert M. Cadell // Cambridge university press, 2011. - 331 p.

85 JimmaT., Murota T. and Ichiyanagi T. Stress-strain matrix of metal crystal and its application // J. JSME. - 1972. - P. 602-607.

86 Lin Tong Deng. AUTOFORM 4.0. Sheet metal forming analysis // Mastering Mechanical Industry Press, 2010. - 342 p.

87 Mori K, Shima S. and Osakada K- Finite element method for the analysis of plastic deformation of porous metals // Bull. JSME. - 1980. - P. 516-522.

88 Mori K, Shima S. and Osakada K. Some improvements of the rigid-plastic finite element method // J. JSTP. - 1980. - P. 593-600.

89 Seguchi Y., Shindo A., Tomita Y. and Sunchara M. Sliding rule of friction in plastic forming of metals // Proc. Int. Conf. Computational Methods in Non-linear Mechanics, Texas. - 1974. - P. 683-692.

90 Tomita Y. and Sowerby R. An approximate analysis for studying the deformation mechanics of rate sensitive materials // Int. J. Mech. Sci. - 1978. - 20. - P. 361371.

91 Washizu K. Variational Methods in Elasticity and Plasticity // Pergamon Press, New York, 1968. - 350 p.

92 Yngve Bergstrom. The Forming Limit Diagram of Sheet Metals and Effects of Strain Path Changes on Formability - a Dislocation Treatment // Royal Institute of Technology, Stockholm, 1981. - 74 p.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Акт об использовании результатов научно-исследовательской работы на

ОАО «ТНИТИ»

АКТ

об использовании результатов научно-исследовательской работы

В ОАО «Тульский научно-исследовательский технологический институт» в опытном производстве при совершенствовании существующих и создании новых технологических процессов вытяжки ступенчатых деталей из листовых материалов в ленте использовались методики и рекомендации сотрудников ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет» д.т.н., проф. Евдокимова А.К., д.т.н., проф. Яковлева С.С. и аспиранта Вилимка

Результаты этих работ были востребованы при проектировании технологических процессов, инструмента и оснастки для изготовления деталей «Крышка» для электроэлементов из стали 12Х18Н10Т толщиной 0,3 мм.

Предлагаемые технологические процессы обеспечивают уменьшение трудоемкости изготовления деталей в 1,2 раза, повышение прочности деталей до 1,3 раз; уменьшение металлоемкости заготовок на 20 %; сокращение сроков подготовки производства новых изделий в 1,5...2 раза.

Начальник отдела специальных методов ОМД, лауреат премии Совета Министров СССР, Государственна премии РФ

ЯЛ.

в области науки и техники

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Акт об использовании результатов научно-исследовательской работы в

учебном процессе

«УТВЕРЖДАЮ»

ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

Отдельные результаты кандидатской диссертационной работы аспиранта Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Тульский государственный университет» Ви-лимка Ярослава Александровича, посвященной теоретическому обоснованию рациональных технологических режимов операции вытяжки осесим-метричных ступенчатых деталей, обеспечивающих повышение технологичности изготовления использованы в научно-исследовательской работе студентов, при выполнении курсовых, выпускных квалификационных работ, в лекционных курсах «Новые технологические процессы и оборудование», «Механика процессов пластического формоизменения» и «Технология листовой штамповки» для бакалавров техники и технологии направления 15.07.01 «Машиностроение» профиля «Машины и технология обработки металлов давлением, а также подготовки магистров по направлениям подготовки 15.04.01 «Машиностроение» профиля «Машины и технологии обработки металлов давлением», направлению 15.04.02 «Технологические машины и оборудование» профиля «Теория и технология штамповки анизотропных заготовок» и профиля «Высокоэффективные методы обработки металлов давлением».

Зам. зав. кафедры МПФ, к.т.н., доцент