Инновационные технологии 21 века в области машиностроения «Повышение коэффициента использования металла при изготовлении коробчатых деталей типа квадратной формы с отверстием в донной части в совмещенных процессах вытяжки и отбортовки» Ульяновский государственный технический университет студенты кафедры «Материаловедение и ОМД» машиностроительного факультета Крещенова Ксения Александровна гр. ОМбд-21 Журтубаев Дмитрий Константинович гр. ОМбд-31 Научный руководитель проекта к.т.н., доцент кафедры «МиОМД», УлГТУ Никитенко Валентина Михайловна 1

Область практического применения коробчатых деталей с отверстием в донной части Зеркала УАЗ Облицовка радиатора бампер УАЗ Бак топливный Панель двери передняя наружная Классификатор коробчатых деталей 2

Существующие аналоги технологии формообразования деталей Отбортовка с предварительной вытяжкой боковых сторон коробки А.С Способ изготовления полых изделий с отверстием в донной части А.Ш. Мурасов Отбортовка : а)-с коническим встречным пуансоном б)-с поддерживающими втулками Устройство для интенсификации процесса отбортовки отверстий В. И. Ефимов Отбортовка с промежуточной вырезкой наиболее упрочненной части полуфабриката А.С /31-27 Способ изготовления полых изделий Ю. Н. Берлет Реверсивная отбортовка А.С Устройство для отбортовки В. И. Ершов Вытяжка и отбортовка с зажимом боковых сторон А.С В. Г. Кондратенко Вытяжка с зажимом в донной части а) зажимов б) предварительного деформирования заготовок 2. За счет уменьшения растягивающих тангенциальных напряжений Форма заготовки согласно рекомендаций В. В. Шевелева, С. П. Яковлева А.С Г. А. Матвеев 1. Перераспределение деформации с помощью: Способы раскроя : 3

Цель работы. Повышение коэффициента использования металла при изготовлении коробчатых деталей типа квадратной формы с отверстием в донной части в совмещенных процессах вытяжки и отбортовки Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1. Разработать комплексную математическую модель совмещенных процессов вытяжки-отбортовки коробчатых деталей квадратной формы с отверстием в донной части. 2. Оценить влияние основных технологических параметров на напряженно – деформированное состояние заготовки с отверстием, силовые режимы и предельные возможности при совмещении операций вытяжки и отбортовки. 3. Создать методику проектирования технологического процесса изготовления коробчатых деталей квадратной формы из плоских заготовок с предварительно пробитым отверстием, размеры которого меньше размеров отверстия в донной части готового изделия. 4. Провести экспериментальные исследования при совмещенной вытяжке- отбортовки квадратных коробчатых деталей с целью подтверждения достоверности результатов теоретического анализа. 5. Разработать практические рекомендации по совершенствованию совмещенного процесса вытяжки-отбортовки коробчатых деталей квадратной формы с отверстием в донной части в условиях промышленного производства на ОАО «УАЗ». 4

Исследовательский характер проекта. Материалы, технологическая оснастка, оборудование Рабочая зона штамповки на гидравлическом прессе с использованием Материал исследовани й S 0, мм r п, r м мм Размер заготовок мм Сталь 08 Ю0,6;0,7; 1,03, 5, 7100х100 Сталь 08 пс0,8; 1,03, 5, 7Ø 86 Сталь 08 кп1,0; 1,23, 5, 7Ø 88 Экспериментальная оснастка трех типоразмеров Факторы, влияющие на формоизменение заготовки S 0 – толщина заготовки; D – размер заготовки; r п и r м –радиусы закругления кромок пуансона и матрицы; h –глубина вытяжки ; Р пр -усилие прижима ; а п – размер пуансона; Р выт - – усилие вытяжки; ΔS – относительное утонение стенки в опасном сечении детали; Ф – фестонообразование; ΔА – относительное изменение размера фланца. синтетической водорастворимой смазки СИНЭРС-В 5

Влияние технологических факторов: 1. Н а фестонообразование Максимальное значение степени фестообразования (ΔФ) составляет 2,7. Т. О., размеры плоской заготовки в направлениях фестонов можно уменьшить до 2%, а это равноценно повышению КИМ до ~ 4%. Интенсивное снижение (ΔФ) с увеличением усилия прижима наблюдается при больших значениях степени деформации – глубины вытяжки ΔА – относительное изменение размера фланца. 2. На утонение стенки в опасном сечении Основные виды брака при получении деталей вытяжными операциями: 1- Р пр /Р выт = 0, Р пр /Р выт = 0, Р пр /Р выт = 0, Р пр /Р выт = 0,115 Влияние глубины вытяжки на фестонообразование 1- h/a п = 0,27 2- h/a п = 0,33 3- h/a п = 0,4 4- h/a п = 0,47 Влияние усилия прижима на фестонообразование 1- Р пр /Р выт = 0, Р пр /Р выт = 0, Р пр /Р выт = 0, Р пр /Р выт = 0, h/a п = 0,27 2- h/a п = 0,33 3- h/a п = 0,4 4- h/a п = 0,47 Влияние усилия прижима на утонение Влияние глубины вытяжки на утонение 6

Изменение размера фланца(А ф ) и диаметра отверстия (d к ) в зависимости от глубины вытяжки (Н) Еd=f(Еф) Относительные деформации на кромке отверстия; Е d и фланца Е ф для So=0,7мм; ____d o =8мм d o =10мм; При S 0 = 1,0 мм и Рпр = 10 и 15 кН заготовки размером: для обычной вытяжки 87, 1 -92,0 мм и для вытяжки-отбортовки – 85,6 мм. Для толщины S 0 = 0,7 мм : 82, 2- 92,7 мм и 80,7 мм Сравнительный анализ процесса деформирования заготовки при изготовлении деталей 7 Предельная степень деформации на краю отверстия =33% Изменение относительно утонения в опасном сечении детали ( S), в процессе котором превалирует отбортовка глубина вытяжки, мм

Определение предельного формоизменения при отбортовке Результаты экспериментов на образцах из сталей группы 08 : S 0, ммA заг, мм rм, мм d 0, ммH, ммD к, ммA ф, мм 0,5 0,7 0,8 0, ,2 11,6 9,8 13, ,5 86 S 0 A заг RмRмd0d0 HDкDк AфAф 0,7 0, ,5 9,8 13,5 11 9,8 99,5 93,6 90,5 S0S0 A заг RмRмd0d0 Hdкdк AфAф 0,5 0, , ,5 12, К отб = d о / d д = 0,75 d о –диаметр отверстия плоской заготовки = 87,0 мм; dд – диаметр отверстия детали с учетом припуска на обрезку =116мм Согласно рекомендации В.П. Романовского (d/S 0 ). d 0 =87, мм Т.О. Котб < Котб.до П (не превышает 2,1), применение вытяжки-отбортовки возможно за один переход. 8

Результаты влияния факторов на величину контролируемого параметра Полиномиальная регрессия Экспоненциальная регрессия Степенная регрессия Линейная регрессия А ф - размер фланца, мм А Ф =f(h) h h h h AфAф AфAф AфAф AфAф h D К = f (h) DkDk DkDk DkDk DkDk h h h h D k - конечный диаметр отверстия, мм S К = f (h) S k- конечная толщина, мм; h- глубина вытяжки, мм. SkSk SkSk SkSk SkSk h h hh 9

1 для d О /А ВЫТ 0,1 2 0,2 3 0,3 4 0,4 5 0,5 6 0,6 7 0,7 1 для S О /d О 0,01 2 0,02 3 0,03 4 0,04 5 0,05 6 0,06 7 0,07 S О /d О d О /А выт К отб.пр =f(S О /d О ; d О /А ВЫТ ) Зависимость предельного коэффициента деформирования (К отб.пр ) от относительной толщины материала (S О /d О ) и от относительного диаметра пробиваемого отверстия (d О /А ВЫТ ) Оценка предельного коэффициента деформирования в процессе вытяжки-отбортовки 10 Зависимость предельного деформирования К отб.пр. от относительной толщины материала S 0 /dо: для стали 08 кп 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 – соответственно для dо/Авыт : 0,1;0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7 Зависимость предельного деформирования К отб. пр. от относительного диаметра отверстия dо/Авыт: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 - соответственно для S 0 /dо = 0,01; 0,02;0,03; 0,04; 0,05 ;0,06; 0,07

Оценка преимущественного процесса деформирования - показатель преимущественной реализации процесса формообразования Преимущественные виды процесса формообразования Услови я изготовления деталей вытяжкой- отбортовкой: Р – сила, развиваемая на пуансоне; Ркп – необходимое значение силы контр-прижима, обеспечивающее преимущественное деформирование фланца σ ð, σ ф у - напряжение, передаваемое наклонному участку заготовки в угловой зоне донной и фланцевой частей заготовки;σ Т0 - экстраполированный предел текучести Усилие прижима : Интенсивность деформации на кромке отверстия – продольная деформация разрушения при данной схеме НДС –деформация в процессе -степень использования запаса пластичности материала учитывали рекомендации Колмогорова В. Л. - для увеличения предельного коэффициента отбортовки, 11

Усилие на пуансоне Экспериментальное Теоретическое …….. Анализ адекватности теоретической модели Перспективность внедрения по результатам расчетов и экспериментальных данных совмещенного процесса 12

ЗИС Интенсификация процесса вытяжки-отбортовки Принятые допущения : 1. Боковые участки фланца или дна заготовки не оказывают влияния на деформирование зон заготовки; 2. Материал заготовки считается несжимаемым, упрочняющимся по линейному закону; 3. Нормальные к поверхности фланца или дна заготовки напряжения незначительны в сравнении с напряжениями, расположенными в плоскости листа; 4. Схемы НДС участков заготовки совпадают (идентичность коэффициента Лодэ); 5. Интенсивность деформаций угловых зон фланца и дна заготовки изменяются линейно по радиусу; 6. Трение на скругленных участках инструмента учитывается по закону Эйлера, а на плоских участках – по закону Амонтона-Кулона. Схема совмещенного процесса вытяжки-отбортовки 1- верхняя плита 2-пуансон- матрица 3-прижим-сьемник 4-обрезной пуансон 5-прижим 6-пружина-сьемника 7-нижняя плита 8- основание 9-матрица вырубная 10-прижим нижний 11-толкатель 12-выталкиватель 13-пуансон для вытяжки, матрица для обрезки припуска 14-прижим нижний 15- пружина сьемника 16- упор 17-исходящий материал 18- вытягиваемая деталь 19- отход внутренний Схема конструкции штампа совмещенного действия согласно патента на полезную модель а) НДС участков детали б) расположения рабочих деталей штампа 13

Продукция проекта. Методика расчета технологических параметров на основе вытяжки-отбортовки 14

Маршрут технологического процесса по изготовлению детали номенклатуры ОАО «УАЗ» Предлагаемый Действующий 1. Резка листа на полосы 1200 _______________ ___________________ Вырубка заготовки из полосы 3. Вытяжка детали на глубину 7 мм 4. Пробивка отверстия 5. Вытяжка- отбортовка с общей высотой полуфабриката 6. Вырубка дефектного слоя внутренней части заготовки. 7.Подсадка размеров с получением высоты 20, 5 мм 8. Обрезка детали по фланцу 9. Пробивка дна 1. Резка листа на полосы 1200 _______________ ___________________ Вырубка заготовки из полосы, 3. п робивка отверстия 4. Вытяжка-отбортовка о брезка детали внутренней части и по фланцу, 5. п робивка дна 15

Практические рекомендации по использованию технологии изготовления кузовной детали на основе вытяжки-отбортовки Чертеж детали Способ изготов- ления Для вытяжки Для вытяжки и вытяжиа- отбортовки Для вытяжки – отбортовки Для двойной вытяжки – отбортовки Размер исходной заготовки D,мм Техническая значимость проекта от использования полученных результатов в производстве : Норма расхода материала по весу на одну деталь: -для процесса (базовый вариант предприятия ОАО «УАЗ »): Рм=2570 грамм; -для процесса вытяжки-отбортовки (предлагаемый вариант): Рм=2378 грамм Увеличение КИМ – 9,5% Экономия металла на годовую программу = 60, 84т Заготовка для штамповки 16