Экспериментальные исследования процессов вытяжки, вытяжки с отбортовкой и принудительным утонением толстостенной заготовки

цилиндрического стакана с минимальной толщиной в той её части высоты, которая при обжиме формирует коническую стенку и утолщенную цилиндрическую часть большого и меньшего диаметров форсунки (рис. 1).

Рис. 1. Схема процесса вытяжки с принудительным утонением и последующего обжима

В ходе данной работы были проведены экспериментальные исследования процессов вытяжки с принудительным утонением. Рассмотрены стадии: формовка листовой заготовки в коническую матрицу и последующая вытяжка с принудительным утонением. Для исследования использовались образцы из нержавеющей стали 12Х18Н10Т, для уменьшения коэффициентов трения заготовки с матрицей и пуансоном использовались два вида смазки: лак ХВЛ с мыльным раствором и паста Си-нэрс-В. Экспериментальная оснастка, была изготовлена с рекомендациями, изложенные в работах [2, 3] для процессов вытяжки с принудительным утонением (рис. 2). Экспериментальные исследования проводили на лабораторном гидравлическом прессе ЦДМУ-30 с номинальным усилием 300 кН в лаборатории кафедры ОМД (СГАУ). Использовались плоские круглые и кольцевые заготовки, толщиной 2,5 мм, с диаметром Dз=50 мм и предварительно просверленными отверстиями посередине с диаметрами dот=11 мм, dот=13 мм и dот=14 мм.

Рис. 2. Оснастка для вытяжки и вытяжки с отбортовкой с принудительным утонением:

1 – пуансон, 2 – матрица, 3 – бандаж, 4 – установочное кольцо, 5 – выталкиватель, 6 – прокладка, 7 – контейнер, 8 – эластичный буфер, а – детали оснастки для вытяжки, б – общий вид

Измерение профиля сечения штампованной детали и изменения толщин не представляется возможным с помощью традиционной индикаторной стойки. Поскольку из условия работы данной стойки требуется нахождения опорного и измерительного наконечника на одной оси, что невозможно в нашем случае из-за малого диаметра и наличия закрытых полостей в детали. Одним из возможных вариантов решения данной измерительной задачи является использования координатно-измерительной машины (КИМ). Измерительным элементом данной машины является шарик. КИМ обладает возможностью подвода шарика с различных сторон за счет наличия индексируемой головки. Измерения производились на КИМ DEA Global Performance c нормируемой объемной погрешностью измерения 1,7 + L/333 мкм, где L – длина измеряемого параметра.

Контроль толщины сечения вдоль высоты детали на КИМ производился в соответствии со следующей разработанной методикой. На исходной разработанной объемной модели создавались контрольные точки, расположенные на одной оси, измерение которых фиксирует толщину детали в данном сечении (рис. 3). Модель разработана в программном продукте CATIA. Базирование детали в пространстве обеспечивалось путем измерения наружной цилиндрической поверхности, обладающей самой низкой собственной погрешностью формы и по торцу. Разработка управляющих программ для КИМ и выполнение измерений производилось в программном продукте PC-DMIS CAD++ v.4.3. Оцененные расстояния сохранялись в Excel-файле. При вытяжке конической чаши в коническую матрицу использовали смазку лак ХВЛ с мыльным раствором и пасту Синэрс-В. В таблице 1 приведено полученное распределение толщин в конической чаше. Диаграмма усилия процесса показана на рис. 4.

а)                                               б)                                     в)

Рис. 3. Схема нумераций сечений: а – конусная чаша, б – цилиндрический стакан, в – вид исходной объемной модели

Таблица 1. Распределение толщин в конической чаше

L, мм №	0	3	6	9	11	14	16	25
I сечение	2,48	2,47	2,47	2,46	2,31	2,19	2,31	2,76
II сечение	2,48	2,48	2,48	2,47	2,38	2,18	2,35	2,76
III сечение	2,48	2,48	2,48	2,475	2,35	2,19	2,31	2,75
IV сечение	2,48	2,48	2,48	2,475	2,35	2,19	2,35	2,8

Р. ЮкН

Рис. 4. Зависимость усилия от вида смазки: 1 – смазка лак и мыльный раствор, 2 –смазка паста Синэрс-В

Полученные распределения толщин у конической чаши для обеих смазок одинаковы. Усилие на формообразования конической чаши так же совпадают. На рис. 4 и в таблицах 2 и 3 представлены полученные распределения толщин на донном участке и опасном сечение цилиндрического стакана по схеме измерений (рис. 3) после вытяжки с принудительным утонением.

Таблица 2. Распределение толщин у цилиндрического стакана с лаком ХВЛ и мыльным раствором

L, мм №	0	3	6	9	11	14	16
I сечение	2,34	2,34	2,34	2,35	2,34	2,24	2,33
II сечение	2,33	2,33	2,33	2,34	2,33	2,22	2,32
III сечение	2,34	2,34	2,34	2,35	2,34	2,23	2,31
IV сечение	2,34	2,34	2,34	2,35	2,34	2,24	2,35

Таблица 3. Распределение толщин у цилиндрического стакана с пастой Синэрс-В

L, мм №	0	3	6	9	11	14	16
I сечение	2,41	2,41	2,41	2,41	2,35	2,23	2,33
II сечение	2,41	2,41	2,40	2,39	2,33	2,25	2,32
III сечение	2,41	2,41	2,39	2,38	2,32	2,24	2,31
IV сечение	2,41	2,41	2,40	2,39	2,33	2,25	2,35

На цилиндрическом участке полученная толщина соответствует зазору межу матрицей и пуансоном, поэтому эти толщины не внесены в таблицы. Как видно из полученных данных, при использовании в качестве смазки пасты Синэрс-В значительно меньше усилие процесса вытяжки, отсюда можно сделать вывод, что коэффициент трения на контактных парах для этих смазок ниже, чем при использовании традиционного вида смазки лака ХВЛ с мыльным раствором. Толщина на донном участке и на участке радиусного скругления пуансона с использованием лака ХВЛ и мыльного раствора значительно меньше, чем при использовании пасты Синэрс-В.

При вытяжке с отбортовкой и принудительным утонением использовались кольцевые заготовки с различными диаметрами отверстий и видами смазки. На рис. 5 представлены усилия процессов вытяжки с принудительным утонением кольцевой заготовки, а в таблице 4 изменение диаметров отверстий заготовок по завершению процесса. При вытяжке с отбортовкой и принудительным утонением кольцевой заготовки с диаметром отверстия d от =14 мм проходила полная отбортовка отверстия. Основным видом брака у изделий являлась неравномерность кромки вследствие неточной установки заготовки.

Таблица 4. Изменение диаметра отверстий заготовки

Исходный d отверстия	лак ХВЛ и мыльный раствор	Синэрс-В
11 мм	13,5 мм	12,32 мм
13 мм	16,0 мм	15,0 мм

Рис. 5. Зависимость усилия процесса вытяжки кольцевой заготовки от вида смазки и диаметра отверстия:

• 1,    2 – смазка лак и мыльный раствор диаметр отверстия d от =11 мм и d от =13 мм, 3, 4 – смазка паста Синэрс-В диаметр отверстия d от =11 мм и d от =13 мм

Выводы:

• 1.    Распределение толщины на донном участке и на опасном сечение у конической чаши не зависит от коэффициента трения.

• 2.    Максимальная величина утонения в донной части и части радиусного скругления пуансона достигается при вытяжке с принудительным утонением.

• 3.    Коэффициент трения на контактных парах ниже при использовании пасты Синэрс-В, чем при использовании традиционного вида смазки лака ХВЛ с мыльным раствором, это подтверждается диаграммами усилий и данными толщин на донном участке и участке радиусного скругления пуансона.

• 4.    Оптимальной смазкой является паста Синэрс-В, которая обеспечивает минимальное уменьшение толщины материала заготовки и усилие процесса.