Инновационные технологии 21 века в области машиностроения

1. 1 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 vm_nikitenko@mail.ru

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

3. 3 Существующие аналоги технологии формообразования деталей а) зажимов 2. За счет уменьшения растягивающих тангенциальных напряжений 1. Перераспределение деформации с помощью: б) предварительного деформирования заготовок Вытяжка с зажимом в донной части А.С. № 1155328 Г. А. Матвеев Отбортовка с промежуточной вырезкой наиболее упрочненной части полуфабриката А.С. №4422756/31-27 Способ изготовления полых изделий Ю. Н. Берлет Способы раскроя: Отбортовка : а)-с коническим встречным пуансоном б)-с поддерживающими втулками Устройство для интенсификации процесса отбортовки отверстий В. И. Ефимов Вытяжка и отбортовка с зажимом боковых сторон А.С. 889205 В. Г. Кондратенко Форма заготовки согласно рекомендаций В. В. Шевелева, С. П. Яковлева Отбортовка с предварительной вытяжкой боковых сторон коробки А.С. 1388145 Способ изготовления полых изделий с отверстием в донной частиА.Ш. Мурасов Реверсивная отбортовка А.С. 703186 Устройство для отбортовки В. И. Ершов

4. 4 • 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 целинеобходимо решить следующиезадачи: • 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».

5. 5 Исследовательский характер проекта . Материалы, технологическая оснастка, оборудование Экспериментальная оснастка трех типоразмеров Факторы, влияющие на формоизменение заготовки Рабочая зона штамповки на гидравлическом прессе с использованием синтетической водорастворимой смазки СИНЭРС-В S0– толщина заготовки; D –размер заготовки; rпи rм–радиусы закругления кромок пуансона и матрицы; h–глубина вытяжки ; Рпр-усилие прижима ; ап–размер пуансона; Рвыт- –усилие вытяжки; ΔS – относительное утонение стенки в опасном сечении детали; Ф – фестонообразование; ΔА’ – относительное изменение размера фланца.

6. 6 Влияние технологических факторов:1. На фестонообразование 1- h/aп = 0,27 2- h/aп = 0,33 3- h/aп = 0,4 4- h/aп = 0,47 1- Рпр/Рвыт = 0,201 2- Рпр/Рвыт = 0,172 3- Рпр/Рвыт = 0,143 4- Рпр/Рвыт = 0,115 Влияние усилия прижима на фестонообразование Влияние глубины вытяжки на фестонообразование Интенсивное снижение (ΔФ) с увеличением усилия прижима наблюдается при больших значениях степени деформации – глубины вытяжки Максимальное значение степени фестообразования (ΔФ) составляет 2,7. Т. О., размеры плоской заготовки в направлениях фестонов можно уменьшитьдо 2%, а это равноценно повышению КИМ до ~ 4%. ΔА – относительное изменение размера фланца. 2. На утонение стенки в опасном сечении Основные виды брака при получении деталей вытяжными операциями: 1- Рпр/Рвыт = 0,201 2- Рпр/Рвыт = 0,172 3- Рпр/Рвыт = 0,143 4- Рпр/Рвыт = 0,115 1- h/aп = 0,27 2- h/aп = 0,33 3- h/aп = 0,4 4- h/aп = 0,47 Влияние глубины вытяжки на утонение Влияние усилия прижима на утонение

7. 7 Сравнительный анализ процесса деформирования заготовки при изготовлении деталей Изменение относительно утонения в опасном сечении детали ( S),в процессе котором превалирует отбортовка Изменение размера фланца(Аф) и диаметра отверстия (dк ) в зависимости от глубины вытяжки(Н) глубина вытяжки, мм Еd=f(Еф) Относительные деформации на кромке отверстия; Еd и фланца Еф для So=0,7мм; ____do=8мм - - - -do=10мм; Предельная степень деформации на краю отверстия =33% При S0 = 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 S0 = 0,7 мм : 82, 2-92,7 мм и 80,7 мм

8. 8 Определение предельного формоизменения при отбортовке Результаты экспериментов на образцах из сталей группы 08: Котб= dо /dд= 0,75 dо –диаметр отверстия плоской заготовки = 87,0 мм; dд – диаметр отверстия детали с учетом припуска на обрезку =116мм Согласно рекомендации В.П. Романовского (d/S0) . d0=87, мм Т.О. Котб < Котб.доП (не превышает 2,1), применение вытяжки-отбортовки возможно за один переход.

9. 9 Результаты влияния факторов на величину контролируемого параметра АФ=f(h) Полиномиальная регрессия Экспоненциальная регрессия Степенная регрессия Линейная регрессия Aф Aф Aф Aф h h h h DК= f (h) Аф- размер фланца, мм Dk Dk Dk h Dk h h Dk- конечный диаметр отверстия, мм h h Sk SК = f (h) Sk Sk Sk h h h h Sk-конечная толщина, мм; h- глубина вытяжки, мм.

10. 10 Оценка предельного коэффициента деформирования в процессе вытяжки-отбортовки Котб.пр =f(SО/dО ;dО/АВЫТ) Зависимость предельного деформирования К отб. пр. от относительного диаметра отверстия dо/Авыт: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 - соответственно для S0/dо = 0,01; 0,02;0,03; 0,04; 0,05 ;0,06; 0,07 Зависимость предельного деформирования К отб.пр. от относительной толщины материала S0/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 1 для SО/dО 0,01 2 0,02 3 0,03 4 0,04 5 0,05 6 0,06 7 0,07 1 для dО/АВЫТ 0,1 2 0,2 3 0,3 4 0,4 5 0,5 6 0,6 7 0,7 SО/dО dО /Авыт Зависимость предельного коэффициентадеформирования (Котб.пр ) от относительной толщины материала (SО/dО ) и от относительного диаметра пробиваемого отверстия (dО /АВЫТ)

11. Оценка преимущественного процесса деформирования 11 Р – сила, развиваемая на пуансоне; Ркп – необходимое значение силы контр-прижима, обеспечивающее преимущественное деформирование фланца Интенсивность деформации на кромке отверстия Преимущественные виды процесса формообразования Усилие прижима: – продольная деформация разрушения при данной схеме НДС –деформация в процессе -степень использования запаса пластичности материала учитывали рекомендации Колмогорова В. Л. Условияизготовления деталей вытяжкой-отбортовкой: -для увеличения предельного коэффициента отбортовки, -показатель преимущественной реализации процесса формообразования σð, σфу - напряжение, передаваемое наклонному участку заготовки в угловой зоне донной и фланцевой частей заготовки;σТ0 - экстраполированный предел текучести

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

13. 13 ЗИСИнтенсификация процессавытяжки-отбортовки Схема совмещенного 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. 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 №69780 а) НДС участков детали б) расположения рабочих деталей штампа

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

15. 15 Маршрут технологического процесса по изготовлению детали номенклатуры ОАО «УАЗ» • 1. Резка листа на полосы • 1200 • _______________ • ___________________ • 1. Резка листа на полосы • 1200 • _______________ • ___________________ Действующий Предлагаемый 560 560 • 2. Вырубка заготовки из полосы • 2. Вырубка заготовки из полосы, • 3. Вытяжка детали на глубину 7 мм • 3. пробивка отверстия • 4. Вытяжка-отбортовка • 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 • обрезка детали внутренней части и по фланцу, • 5. пробивка дна • 8. Обрезка детали по фланцу • 9. Пробивка дна

16. 16 Практические рекомендации по использованию технологии изготовления кузовной детали на основе вытяжки-отбортовки Чертеж детали 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