WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Место пересечения указанной дуги с основной конической образующей воротника предварительной поковки дает точку сопряжения с горловиной. Введенный в схему параметр сопряжения с позволяет при проектировании управлять высотой основного конического участка воротника. Наименьшее возможное значение c определяется для конкретного типоразмера фланца по условию обеспечения ми нимального зазора z на укладку предварительной поковки в доделочную матрицу (рис. 4, в).

Высота предварительной поковки h4” вычисляется из условия постоянства объема на предварительном и окончательном переходе при учете снимаемого с уклона металла, удаляемой перемычки (рис. 4, в). Принято, что объем металла, удаляемый в отход прошивкой, ограничивается поверхностью среза, определяемой по вертикальной линии О1О2. Оставшаяся часть уклона должна быть перераспределена в воротник фланца при окончательной деформации. В базовом варианте проектирования переходов ПРВК принято: р=4°, n=0, н=5°, c=1.

Обоснование предложенной схемы построения переходов и выбора управляющих параметров выполнено на основе результатов математического моделирования процесса ПРВК. Для этого в известной системе расчета горячих пластических деформаций РАПИД-2D сформирована модель технологии ПРВК, включающая геометрию инструмента и заготовки, а также условия и порядок выполнения расчетов. При исследовании ПРВК моделировались все переходы деформации: осадка исходной заготовки, предварительная и окончательная штамповка.

Пошаговые расчеты напряженно-деформированного состояния (НДС) и конечного формоизменения выполнялись методом конечных элементов совместно с решением температурной задачи. Учитывалось остывание заготовки до деформации, между переходами и при деформации. Основные расчеты выполнены с использованием реологических свойств стали 20, наиболее широко применяемой для изготовления фланцев. Трение на контактных поверхностях принималось максимальным, что соответствует условиям горячей деформации. Скоростные условия деформации отвечали штамповке на молотовом и прессовом оборудовании.

Тестовые расчеты нового процесса показали выявляемость дефектов формы ПРВК, а также соответствие получаемых результатов имеющимся представлениям о НДС и силовом режиме горячей штамповки. Количественная оценка величин рассматриваемых дефектов выполнялась путем замера в CAD-системе отклонений формы расчетного контура поковки (рис. 5).

Компьютерным моделированием исследовалось влияние четырех групп конструктивно-технологических факторов на характер предварительного, окончательного формоизменения и силовой режим. Для этого в расчетах варьировались параметры схемы построения переходов и условия моделирования относительно базового варианта процесса.

Соотношения геометрических параметров фланца. Данная группа факторов определяется типоразмером стандартного фланца. Моделированием Рис. 5. Расчетный контур поковки фланца процесса для ряда наибо лее распространенных (Pу16 Dу50, Pу16 Dу80, Pу16 Dу100, Pу16 Dу125, Pу16 Dу150) и ряда дополнительных типоразмеров мелких и средних фланцев установлено определяющее геометрическое соотношение – относительная высота стандартного фланца h4/d1. С ее уменьшением происходит интенсификация утяжинообразования и коробления. Для поковок фланцев с h4/d1<0,39 утяжина превышает допустимую величину поверхностных дефектов. По данному соотношению фланцы разделены на относительно «низкие» h4/d1<0,39, «высокие» h4/d1>0,39 и «средние» h4/d10,39. Для «высоких» фланцев исследуемый процесс обеспечивает получение качественных поковок. Наиболее благоприятной для реализации ПРВК является номенклатура фланцев с h4/d1>0,6. Для «средних» фланцев с отношением h4/d1=0,39 и близким к нему возможность осуществления процесса не исключена, но требуется корректировка параметров проектирования предварительной поковки относительно базового варианта. Штамповка «низких» фланцев по технологии ПРВК практически исключена из-за возникновения зажимов на предварительном переходе и больших искажений формы поковки на окончательном. Исходя из этого область применения способа ПРВК (рис. 6) по относительным размерам ограничена номенклатурой фланцев с h4/d10,39.

Рис. 6. Область применения способа ПРВК для штамповки поковок фланцев воротниковых Параметры проектирования предварительной поковки. Для исследования влияния этой группы факторов и последующих выбраны поковки-представители «высоких» Pу16 Dу50 и «средних» Pу16 Dу150 фланцев. Установлено, что определяющее значение на качество окончательного формообразования при ПРВК оказывают угол наметки н и раздачи р, параметр глубины малой наметки n и со пряжения конических образующих c. С увеличением каждого из параметров: н, р и c проявляется тенденция к росту утяжины и коробления. Параметр n влияет на образование поднутрения, которое минимизируется при n=0, т.е. при отсутствии малой наметки.

Параметры инструмента окончательной деформации. Проверена и подтверждена необходимость совмещения калибрующего и прошивного элементов в одном инструменте – комбинированном пуансоне. Конструкция пуансона должна обеспечивать одновременное внедрение прошивного и калибрующего поясков в наметку отверстия. Определены правила построения этих элементов. Обоснована конструкция доделочной матрицы без рабочей кромки.

Технологические параметры. Установлено влияние контактного трения, скорости деформирования, реологических свойств обрабатываемого материала и температурного режима штамповки на характер окончательного формоизменения.

Использование кривошипных обрезных прессов для ПРВК обеспечивает приемлемый по качеству оформления поковок скоростной режим деформирования.

Снижение контактного трения и температуры полуфабриката на доделочной операции ПРВК может служить дополнительным средством минимизации утяжинообразования. Расчетным путем показано, что закономерности формообразования на переходах ПРВК, установленные для стали 20, справедливы и для других углеродистых сталей, применяемых для изготовления фланцев воротниковых.

Для проверки основных результатов математического моделирования ПРВК и уточнения характера окончательного формоизменения выполнены экспериментальные исследования. В лабораторных условиях на сплошных и составных с координатной сеткой свинцовых образцах моделировались в масштабе 1:1 переходы ПРВК для типоразмера фланца Pу16 Dу50. Проведено три серии опытов. В первой опробовалась схема ПРВК с двусторонней наметкой в предварительной поковке при использовании доделочной матрицы с рабочей кромкой. Сопоставление конечного вида деформированной экспериментальной и расчетной сетки (рис. 7) подтвердило положенный в схему построения переходов ПРВК принцип перераспределения объемов и допущение о положении линии среза. Во второй серии опытов осуществлялась проверка результатов расчетов, указывающих на минимизацию поднутрения при использовании предварительной поковки с односторонней наметкой. Окончательное формообразование из полуфабриката такой конструкции показало отсутствие поднутрения на горловине, что подтвердило достоверность данных моделирования. В третьей серии опытов в лабораторных, а затем в производственных условиях проведено опробование окончательной деформации в доделочной матрице без рабочей кромки. Подтверждена возможность качественного отделения перемычки при обеспечении полноты оформления горловины воротника. Образцы, полученные в данных экспериментах, имели наилучшее, по сравнению с другими сериями опытов, качество оформления. В целом экспериментальные исследования показали, что результаты компьютерных расчетов отражают характер формоизменения с достаточной для практики точностью и могут быть использованы для прогнозирования качества поковок в процессе ПРВК.

а) Рис. 7. Деформированная экспериментальная (а) и расчетная (б) координатная сетка Проведенное комплексное исследование позволило выявить стадии окончательного формоизменения, основные закономерности и силовой режим процесса ПРВК. Установлено, что образование утяжины и коробление происходит на первой и второй стадиях (рис. 8, а, б) с момента одновременного внедрения прошивного и калибрующего пояска в наметку отверстия (рис. 8, а) и до окончания раздачи – полного контакта воротника со стенкой матрицы. Режущая кромка пуансона при этом достигает основания перемычки (рис. 8, б). Завершение второй стадии характеризуется максимальным значением силы деформации. Наличие этапа раздачи позволяет снизить ее на 10…15% и тем самым создать благоприятные условия для выполнения ПРВК на механических обрезных прессах.

Третья стадия (рис. 8, б, в) определяет характер отделения перемычки и формирует условия для возможного образования поднутрения на горловине при дальнейшей деформации. На этой стадии имеет место внедрение режущей кромки в основание перемычки, сопровождаемое вытяжкой и утонением стенки горловины, снижением силы ПРВК. Одновременно с вытяжкой происходит выдавливание металла из полости конусного участка матрицы калибрующим элементом пуансона. Выдавливаемый металл «подпитывает» формируемую горловину и тем самым компенсирует возникающее утонение стенки. В зависимости от геометрии воротника предварительной поковки на данной стадии возможно преобладание деформации вытяжкой горловины или выдавливанием. Стадия заканчивается контактом формируемого торца воротника с рабочей кромкой матрицы при минимальной силе штамповки.

На четвертой и пятой стадиях (рис. 8, б, г) происходит срез перемычки и окончательное оформление горловины воротника. К моменту разделения металла сила вновь возрастает, а затем плавно снижается. В экспериментах для типоразмера поковки Pу16 Dу50 показано, что качественное отделение перемычки воз б) Сила г) а) Ход в) пуансона Рис. 8. Стадии и сила процесса ПРВК можно и без участия рабочей кромки доделочной матрицы. Этот факт позволил предложить осуществлять ПРВК в доделочной матрице без рабочей кромки. В отличие от первоначальной – «закрытой» такая схема ПРВК получила название «открытой». Данная схема позволяет за счет свободного оформления высоты воротника компенсировать возможный избыток металла в стенке предварительной поковки и тем самым избежать образования тянутого заусенца. Применение «открытой» схемы для других типоразмеров фланцев потребовало проверки возможности бездефектного отделения перемычки.

Анализ расчетных характеристик НДС, определяющих ресурс пластичности металла, позволил в качестве критерия, прогнозирующего характер отделения, принять интенсивность скоростей деформаций сдвига (H). На стадии разделения расчетное поле H имеет максимум вблизи режущей кромки пуансона (рис. 9, светлая область). От нее вдоль возможных направлений разделения (по ходу пуансона и в стенку горловины) формируются две зоны, которые характеризуются высоким уровнем значений H (рис. 9, а, б). Установлено, что при прочих равных условиях разделение будет происходить по зоне с наибольшими значениями H (рис. 9, в). Это позволяет по качественной картине поля интенсивности скоростей деформаций сдвига прогнозировать направление отделения перемычки. Выявлено, что для «открытой» схемы ПРВК фактором, влияющим на характер отделения перемычки, является степень развитости горловины предварительной поковки. Развитость определяется показателем lк/RТ (см. рис. 4, г), где lк – длина образующей горловины предварительной поковки, RТ – радиус скругления торца.

При вырожденности горловины (lк/RТ< 1) окончательное ее формирование происходит преимущественно выдавливанием и характеризуется распределением H с наиболее высоким уровнем значений в направлении хода пуансона (рис. 9, а), что прогнозирует качественное отделение перемычки в матрице без рабочей кромки.

Таким образом, предварительные поковки фланцев можно условно разделить на поковки с развитой и вырожденной горловиной. В первом случае это поковки с lк/RТ >1,5…2,0. Во втором случае lк/RТ < 1. Для поковок с вырожденной горловиной следует использовать «открытую» схему ПРВК. Если горловина спроектированной предварительной поковки получается развитой, то необходимо использовать только «закрытую» схему (рис. 9, в).

а) б) в) Рис. 9. Картина поля интенсивности скоростей деформаций сдвига на стадии отделения перемычки при «открытой» схеме ПРВК для предварительной поковки с вырожденной (а) и развитой (б) горловиной воротника и «закрытой» схеме (в) На основании установленных закономерностей формоизменения при ПРВК предложена классификация предварительных поковок по двум параметрам. Первый из них – относительная высота фланца (h4/d1). Второй параметр классификации – степень развитости горловины предварительной поковки – определяется показателем lк/RТ (см. рис. 4, г). В соответствии с данными критериями определены четыре группы предварительных поковок: «средние» с развитой (рис. 10, а) и вырожденной горловиной (рис. 10, б); «высокие» с развитой (рис. 10, в) и вырожденной горловиной (рис. 10, г). Анализ влияния управляющих параметров на характер окончательного формоизменения позволил для каждой группы предварительных поковок определить рациональные варианты их конструкций (табл. 1), повышающие качество процесса.

Результаты исследования систематизированы в виде методики проектирования процесса ПРВК, включающей ряд этапов (рис. 11). На первом этапе осуществляется проектирование окончательной поковки. Далее по принятой схеме построения и согласования переходов разрабатывается конструкция базового вари анта предварительной поковки с односторонней наметкой. Затем на основе созданной классификации определяется ее группа. По классификационной группе, используя приведенные в таблице 1 рекомендации по минимизации дефектов формы, осуществляется выбор вариантов конструкции предварительной поковки, обеспечивающих повышение качества окончательного формоизменения. С целью lк / R Т Развитость горловины а) в) 1,1,б) г) средние высокие h4 / d0,0,Относительная Улучшение условий качественного формообразования поковки высота фланца Рис. 10. Классификация конструкций предварительных поковок и схем ПРВК Таблица Рациональные варианты конструкции предварительной поковки № Управляющие параметры Характеристика варианта 1. Базовый (группа «а», «б», «в», «г») р=4°;н=5°; n=0; с=2. с=сmin; Минимизирующий поднутрение, утяжину и коробление («а», «б», «в», «г») 3. Реализующий «открытую» схему ПРВК («б», «г») при:

р=2°; с=сmin;

– минимизации поднутрения, утяжины и коробления;

– уменьшении развитости горловины (lк/RТ).

4. Реализующий «закрытую» схему ПРВК («а», «в») при:

н=3..4°; с=сmin;

– минимизации поднутрения, утяжины и коробления;

– увеличении развитости горловины (lк/RТ).

5. Для «высоких» фланцев, реализующий н=6°; с=сmin;

«открытую» схему ПРВК («г») при:

– минимизации поднутрения;

– уменьшении развитости горловины (lк/RТ).

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»