Способ определения напряжения трения и коэффициента трения при листовой штамповке

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способам определения коэффициента трения и напряжения трения при тонколистовой штамповке-вытяжке. Сущность: наносят смазочный материал с обеих сторон листовой заготовки. Зажимают края листовой заготовки с возможностью перемещения в прижиме в процессе вытяжки. Производят вытяжку в одной плоскости прямоугольной листовой заготовки меньшей длины, чтобы концы ее втягивались в процессе под плоскость прижима, регистрируют график зависимости силы деформирования от перемещения пуансона. Производят вытяжку в одной плоскости листовой заготовки большей длины, чтобы концы ее не втягивались в процессе под плоскость прижима. Регистрируют график зависимости силы деформирования от хода пуансона, фиксируют величину хода пуансона, при которой давление под прижимом заготовки меньшей длины было равно давлению под прижимом заготовки большей длины. Определяют напряжение трения между заготовкой и инструментом, и коэффициент трения по формуле. Технический результат: расширение функциональных возможностей способа за счет определения напряжения трения и коэффициента трения при листовой штамповке для различных смазочных материалов. 3 ил.

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способам определения коэффициента трения и напряжения трения при тонколистовой штамповке-вытяжке.

Известно устройство для определения напряжения сдвига, содержащее пару, состоящую из разделенных слоем смазки кольцевых элементов, нижний из которых имеет с торца кольцевые буртики по наружной и внутренней кромке, механизм создания осевой нагрузки, движитель создания крутящего момента пары относительно друг друга и средства измерения и регистрации моментов трогания и перемещения с постоянной скоростью при движении взаимодействующих поверхностей относительно друг друга, при этом поверхность верхнего взаимодействующего элемента выполнена кольцевой с заданными размерами и шероховатостью, а нижний элемент содержит нагревающее устройство, где поверхность расположена в углублении, заполненном исследуемым смазочным материалом, и содержит уровень шероховатости, соответствующий шероховатости этого материала в исследуемых условиях давления и температуры [свид. на полезную модель РФ №15402 U1, G01N 3/56, 06.05.2000].

Недостатком данного устройства являются его ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что в схеме не воспроизводится напряженно-деформированное состояние при листовой штамповке.

Известен способ определения эффективности технологической смазки при листовой штамповке, по которому листовую заготовку изготавливают прямоугольной формы, смазывают ее смазкой с обеих сторон, зажимают с возможностью перемещения в прижиме краев заготовки в процессе вытяжки, а центральную часть заготовки вытягивают в одной плоскости в направлении, перпендикулярном плоскости листовой заготовки, строят график зависимости давления вытяжки от глубины вытяжки и определяют величину работы деформирования, по которой судят об эффективности технологической смазки [патент РФ №2327144 C1, G01N 19/02, 07.11.2006].

Недостатком данного способа являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что не оценивается величина трения под прижимом.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу (прототипом) является способ определения эффективности смазочных материалов для листовой штамповки, по которому изготавливают листовую заготовку прямоугольной формы, наносят смазочный материал с обеих сторон, зажимают с возможностью перемещения в прижиме краев листовой заготовки в процессе вытяжки, а центральную часть заготовки вытягивают в одной плоскости в направлении, перпендикулярном плоскости листовой заготовки, строят график зависимости давления деформирования от глубины внедрения пуансона, для каждого технологического смазочного материала определяют максимальное давление прижима, при котором отсутствует прирост давления деформирования, соответствующий деформации растяжения по длине заготовки, а по величине давления прижима судят об эффективности смазочного материала: чем больше давление прижима, тем эффективнее смазочный материал [патент РФ №2397475 C1, G01N 19/02, 20.08.2010].

Недостатком данного способа также являются ограниченные функциональные возможности, а именно не определяется численное значение напряжения трения и коэффициента трения для испытуемых смазочных материалов.

Задачей настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей способа за счет определения напряжения трения и коэффициента трения при листовой штамповке для различных смазочных материалов.

Указанная задача достигается тем, что в способе определения параметров трения при листовой штамповке, по которому изготавливают листовую заготовку прямоугольной формы, наносят смазочный материал с обеих сторон, зажимают с возможностью перемещения в прижиме краев листовой заготовки в процессе вытяжки, а центральную часть заготовки вытягивают в одной плоскости в направлении, перпендикулярном плоскости листовой заготовки, строят график зависимости давления деформирования от глубины внедрения пуансона, согласно изобретению производят вытяжку в одной плоскости прямоугольной листовой заготовки меньшей длины, чтобы концы ее втягивались в процессе под плоскость прижима, регистрируют график зависимости силы деформирования от перемещения пуансона, затем производят вытяжку в одной плоскости листовой заготовки большей длины, чтобы концы ее не втягивались в процессе под плоскость прижима, регистрируют график зависимости силы деформирования от хода пуансона, фиксируют величину хода пуансона h_п, при которой давление под прижимом заготовки меньшей длины было равно давлению под прижимом заготовки большей длины, затем определяют напряжение трения между заготовкой и инструментом по формуле:

где Р_{д длин} - сила деформирования заготовки большей длины при величине хода пуансона h_п,

Р_{д кор} - сила деформирования заготовки меньшей длины при величине хода пуансона h_п,

S_длин - площадь заготовки большей длины под прижимом,

S_кор - площадь заготовки меньшей длины под прижимом при величине хода пуансона h_п,

а коэффициент трения определяют по формуле:

где р_{норм кор} - давление прижима на заготовку меньшей длины.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена схема испытания на вытяжку полосы, где 1 - пуансон, 2 - прижимное кольцо, 3 - заготовка, 4 - матрица.

На фиг.2 изображены графики зависимости «сила деформирования - ход пуансона» для прямоугольных листовых заготовок, где 5 - график вытяжки заготовки большей длины, 6 - график вытяжки заготовки меньшей длины.

На фиг.3. изображен участок заготовки меньшей длины в момент испытания.

Пример конкретной реализации способа

Испытательная установка, на которой реализуется предлагаемый способ, представляет собой машину для испытаний листового материала на выдавливание ИА 5073-100, в которую вместо механического манометра установлен датчик избыточного давления МИДА ДИ-13П-01 с измерительным диапазоном от 0 до 6 МПа, позволяющий регистрировать давление вытяжки в процессе испытания. Для измерения глубины вытяжки на машину установлен датчик перемещения с измерительным диапазоном от 0 до 25 мм. Датчик давления подключен к измерителю-регулятору микропроцессорному ТРМ 101P, позволяющему принимать сигнал с датчика давления, передавать его на компьютер и графически исследовать процесс вытяжки. Для испытательной машины был разработан и изготовлен комплект инструмента: матрица, пуансон и прижимное кольцо, позволяющий проводить вытяжку листовой заготовки.

Заготовки нарезали вдоль направления прокатки листа, затем обезжиривали. На заготовки наносили смазочный материал и проводили испытание на испытательной установке. Глубина продавливания - 22 мм. Используемый ТСМ - «Росойл-555» на масляной основе.

Размеры заготовок:

- меньшей длины: 85×10×1 мм,

- большей длины: 125×10×1 мм.

1. Провели вытяжку заготовки большей длины при силе прижима Q, равной 20,4 кН, зарегистрировали график Р_д=f(h_п) (фиг.2.). Давление прижима на заготовку большей длины при этом составило

р_{норм длин}=Q/S_длин = 20400/400*10^-6=51 МПа.

2. Провели вытяжку заготовки меньшей длины при силе прижима, равной 11,5 кН, зарегистрировали график Р_д=f(h_п) (фиг.2).

3. Зная координаты двух точек линейной зависимости S_кор=f(h_п) (при h_п=5 мм, S_кор=S_длин=400 мм², а при h_п=22 мм, S_кор=60 мм²), получили уравнение линейной зависимости S_кор=f(h_п)=-20*h_п+500.

4. Получили зависимость:

3. По данной зависимости определили, при какой величине хода пуансона h_п давление прижима р_{нормкор} на заготовке сравнялось с давлением прижима на заготовке большей длины (т.е. равно 51 МПа). Получили h_п=13,7 мм. При этой величине h_п, по графикам на фиг.2, определили, что Р_{д длин}=9,7 кН, Р_{д кор}=9,3 кН.

4. По уравнению Sкор=f(h_п)=-20*h_п+500 определили, что при h_п=13,7 мм, S_кop=226 мм², S_длин=400 мм². Рассчитали напряжение трения в данных условиях:

5. Определили коэффициент трения для данных условий:

При тех же условиях были получены значения коэффициента трения для технологического смазочного материала «Росойл-222» (f=0,022) и при вытяжке полосы без смазки (f=0,20).

Итак, заявленное изобретение позволяет определять напряжение трения и коэффициент трения при условиях, близких к листовой штамповке.

Способ определения параметров трения при листовой штамповке, по которому изготавливают листовую заготовку прямоугольной формы, наносят смазочный материал с обеих сторон, зажимают с возможностью перемещения в прижиме краев листовой заготовки в процессе вытяжки, а центральную часть заготовки вытягивают в одной плоскости в направлении, перпендикулярном плоскости листовой заготовки, строят график зависимости давления деформирования от глубины внедрения пуансона, отличающийся тем, что производят вытяжку в одной плоскости прямоугольной листовой заготовки меньшей длины, чтобы концы ее втягивались в процессе под плоскость прижима, регистрируют график зависимости силы деформирования от перемещения пуансона, затем производят вытяжку в одной плоскости листовой заготовки большей длины, чтобы концы ее не втягивались в процессе под плоскость прижима, регистрируют график зависимости силы деформирования от хода пуансона, фиксируют величину хода пуансона h_п, при которой давление под прижимом заготовки меньшей длины было равно давлению под прижимом заготовки большей длины, затем определяют напряжение трения между заготовкой и инструментом по формуле

где Р_{д длин} - сила деформирования заготовки большей длины при величине хода пуансона h_п,
Р_{д кор} - сила деформирования заготовки меньшей длины при величине хода пуансона h_п,
S_длин - площадь заготовки большей длины под прижимом,
S_кор - площадь заготовки меньшей длины под прижимом при величине хода пуансона h_п,
а коэффициент трения определяют по формуле

где р_{норм кор} - давление прижима на заготовку меньшей длины.