CC BY
33
ANALYSIS OF EXISTING INDUCTORS FOR CRIMPING TUBULAR WORKPIECES
V.D. Kuchar, A.E. Kireeva, O. V. Sorvina
In this article the analysis of existing inductors for crimping tubular blanks pulsed magnetic field. The main advantages and disadvantages.
Key words: magnetic-pulse treatment of metals pressure distribution, the coil, the workpiece.
Kukhar Vladimir Denisovich, doctor of technical sciences, professor, the prorector, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Kireeva Alena Evgenevna, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula @rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Sorvina Olga Vladimirovna, candidate of technical sciences, docent, tm@tsu.tula.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.983; 539.374
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СИЛОВЫХ
РЕЖИМОВ ИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ КОМБИНИРОВАННОЙ ВЫТЯЖКИ В РЕЖИМЕ ПОЛЗУЧЕСТИ
С.С. Яковлев, О.В. Пилипенко, А. А. Пасынков, В.И. Платонов
Изложены результаты экспериментальных исследований силовых режимов первой и второй операций изотермической комбинированной вытяжки осесимметрич-ных деталей из высокопрочных материалов в режиме ползучести. Выявлено удовлетворительное согласование теоретических и экспериментальных данных (расхождение не превышает 10 %).
Ключевые слова: комбинированная вытяжка, анизотропия, эксперимент, технологические параметры, температура, матрица, пуансон, сила, деформация, ползучесть, напряжение.
Комбинированная вытяжка является одной из распространенной операцией листовой штамповки для изготовления осесимметричных изделий с толстым дном и тонкой стенкой и обычно осуществляется на конических и радиальных матрицах [1 - 3].
В работах [4 - 8] выполнены теоретические исследования первой (рис. 1, а) и последующих (рис. 1, б) операций изотермической комбинированной вытяжки со складкодержателем трансверсально-изотропного материала в конической и радиальной матрицах.
342
а б
Рис. 1. Схема к теоретическому анализу первой (а) и последующей (б) операций комбинированной вытяжки в конической матрице
Деформирование осуществляется в режиме вязкого течения материала. Предполагается существование потенциала скоростей деформации ползучести и справедливость ассоциированного закона течения. В зависимости от температуры и вида материала его поведение может описываться уравнениями состояния кинетической или энергетической теориями ползучести и повреждаемости.
Уравнения состояния с учетом повреждаемости, описывающие поведение материала, подчиняющегося энергетической теории ползучести и повреждаемости, записываются в виде [9 - 12]:
Xe = в(ое/Geo)n /(l -wcA)m; wA = sexce / ЛсПр, (1)
а применительно к группе материалов, подчиняющихся кинетическим уравнениям ползучести и повреждаемости, так
Xe = B(se / se0)n / (l - wC )m; wC = XC / ^р, (2)
где B, n, m, - константы материала, зависящие от температуры испытаний; ACp, ecenp - удельная работа разрушения и предельная эквивалентная
деформация при вязком течении материала; wc, и wA - повреждаемость
материала при вязкой деформации по деформационной и энергетической моделям разрушения соответственно; seo - произвольно выбранная величина эквивалентного напряжения; wA = dwA / dt; соc = dwce / dt .
При комбинированной вытяжке на последующих операциях, как на
343
первой операции, очаг деформации характеризуется наличием двух зон: плоского напряженного (I) и плоского деформированного (II) состояний заготовки (рис. 1). Меридиональные Ор и окружные Од напряжения на
участках плоского напряженного состояния I и радиальные Ор и контактные о к напряжения в зоне плоского деформированного состояния II очага деформации определяются путем численного решения приближенных уравнений равновесия совместно с тем или иным уравнением состояния в зависимости от того, какая теория ползучести описывает поведение материала - кинетическая или энергетическая, при граничных условиях, заданных в напряжениях. В отличие от известных решений этой задачи анализируется процесс комбинированной вытяжки анизотропной листовой заготовки с изменением её толщины в процессе формоизменения. Подробный анализ напряженного и деформированного состояния заготовки при изотермическом формоизменении изложен в работах [4 - 8].
Экспериментальные работы по вытяжке цилиндрических деталей проводились на алюминиевом АМг6 и титановом ВТ 14 сплавах.
В качестве экспериментального оборудования использовалась разрывная машина Р100 силой 1,0 МН с индикаторным аппаратом записи силы и гидравлический пресс модели 2234 силой 1,6 МН. Встроенная система управления позволяла плавно менять скорость ползуна 0...150 м/ч. Вытяжной штамп показан на рис. 2. Здесь введены следующие обозначения: 1 - пуансон; 2 - матрица; 3 - электронагреватели; 4 - скоба; 5 - прижим; 6 -гайка; 7 - шпилька; 8 - стойка; 9 - каолиновая вата; 10 - кожух; 11 - каолиновая вата; 12 - стойка; 13, 14 и 15 - трубки; 16 - нижняя плита; 17 - пу-ансонодержитель; 18 - штуцер.
В этом штампе производилась первая и последующие операции комбинированной вытяжки цилиндрических деталей. Пуансон 1 и матрица 2 водоохлаждаемые. Нагрев электронагревателями 3 до температуры
800 ° С. Верхняя половина штампа съемная. Съем осуществляется за крюки. Регулировка силы прижима 6 - винтами через шпильки 7 и стойки. Рабочее пространство штампа закрыто кожухом 9 с каолиновой ватой и отделено от подштамповой плиты пресса кожухами с каолиновой ватой 11. Сила вытяжки воспринимается стойками 12. Водоохлаждение пуансона и матрица осуществляется через трубки 13 и 14 из нержавеющей стали.
Оснастка снабжена средствами нагрева: нагреватели сопротивления из хромоникелевой проволоки, включенные через трансформатор тока для вытяжного штампа. Материал пуансонов и матриц - теплостойкая сталь 5ХНМ или жаростойкая сталь ЭП202. Уменьшение теплопередачи из зоны деформации обеспечивалось за счет набора прокладок из стали 12Х18Н10Т и асбоцементных плит. Штампы закрывались кожухом с каолиновой ватой, прошитой стеклотканью. Вытяжные штампы оснащались системами охлаждения с проточной водой. Контроль температуры произ-
344
водился встроенными термопарами с выходом на потенциометр. Использовались графито-меловые смазки с добавкой минерального масла.
Рис. 2. Схема вытяжного штампа
Первая операция комбинированной вытяжки производилась в конической матрице со складкодержателем. Фиксировались сила операции при различных скоростях движения пуансона. Для первой операции комбинированной вытяжки использовали листовые заготовки толщиной 50=5 мм. Температура обработки для заготовок из титанового сплава ВТ14 -800°С, а для алюминиевого сплава АМг6 - 420°С. Экспериментальные исследования первой операции проводились при #^=0,65; #51=0,9; г = 70
мм; 50=5 мм; а = 20°; для второй операции - #^ 2=0,8; #52=0,82; г? = 52,4
мм; 51=4,5 мм; а = 20°.
Детали, изготовленные комбинированной вытяжкой, показаны на
рис. 3.
Рис. 3. Заготовки, изготовленные комбинированной вытяжкой: а - первая операция (т^ = 0,65; т3\ =0,9);
б - вторая операция (т^2 = 0,8; т52 =0,82)
Графики зависимости изменения относительной силы вытяжки Р = р\2щ5()Се0) от скорости движения пуансона на первой и второй
операциях комбинированной вытяжки представлены на рис. 4.
Расчеты выполнены при следующих параметрах уравнения состояния и величинах коэффициентов анизотропии: для титанового сплава ВТ 14
- В = 0,438 10-7 1/с; оео = 1 МПа; п =2,72; Я=1,2; для алюминиевого
сплава АМг6 - В=1,38 10-9 1/с; оео = 1 МПа; п =3,97; Я =0,8. Здесь
сплошными линиями показаны результаты теоретических расчетов силовых режимов процессов (т п = 2т м = 0,2), точками обозначены экспериментальные данные; кривые 1, 2 - для алюминиевого сплава АМг6 теоретические и экспериментальные данные; кривые 3, 4 - то же для титанового сплава ВТ14.
45 40 35 30 25 20 15
Р
^ Ф "
\
Л/
4 Ф
3 ф *"
10
0.05 0.1 0.15 0.2 ММ 0.3
п —-
а б
Рис. 4. Зависимости изменения относительной силы Р на первой (а) и второй (б) операциях комбинированной вытяжки от скорости
перемещения пуансона V)
346
Из графиков следует, что сила при вытяжке с нагревом определяется процессами упрочнения и разупрочнения материала во времени. С уменьшением скорости разупрочняющий эффект проявляется в большей степени, что особенно заметно в области низких скоростей операций. Установлено, что сила комбинированной вытяжки, как и вытяжки без утонения, зависит от скорости перемещения пуансона Ц0.
Сравнение теоретических расчетов и экспериментальных данных по силовым режимам первой и последующих операций изотермической комбинированной вытяжки осесимметричных деталей указывает на хорошее их согласование (расхождение не превышает 10 %).
Работа выполнена в рамках государственного задания на проведение научно-исследовательских работ Министерства образования и науки Российской Федерации на 2014-2020 годы и гранта РФФИ № 14-08-00066 а.
Список литературы
1. Валиев С.А. Комбинированная глубокая вытяжка листовых материалов. М.: Машиностроение, 1973. 176 с.
2. Ковка и штамповка: справочник: В 4 т. Т. 4. Листовая штамповка / Под общ. ред. С.С. Яковлева; ред. совет: Е.И. Семенов (пред.) и др. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2010. 732 с.
3. Яковлев С.П., Яковлев С.С., Андрейченко В. А. Обработка давлением анизотропных материалов. Кишинев: Квант. 1997. 331 с.
4. Яковлев С.С., Травин В.Ю., Пилипенко О.В. Изотермическая комбинированная вытяжка анизотропных материалов через коническую матрицу в режиме кратковременной ползучести // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2014. Вып. 1. С. 129-139.
5. Яковлев С.С., Пасынков А. А., Платонов В.И. Предельные возможности первой операции изотермической комбинированной вытяжки анизотропного материала в конической матрице // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2014. Вып. 3. С. 149-156.
6. Силовые режимы комбинированной вытяжки осесимметричных деталей из анизотропных материалов на радиальных матрицах в режиме ползучести / С.С. Яковлев, О.В. Пилипенко, В.Ю. Травин, В. А. Булычев // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2014. Вып. 4. С. 14-27.
7. Предельные возможности деформирования первой операции комбинированной вытяжки осесимметричных деталей из анизотропных материалов через радиальную матрицу в режиме ползучести / С.С. Яковлев, А. А. Пасынков, А. А. Перепелкин, В. А. Булычев // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2014. Вып. 5. С. 49-56.
8. Предельные возможности последующих операций изотермиче-
ской комбинированной вытяжки анизотропных материалов в режиме ползучести / С.С Яковлев., В.Ю. Травин, А.А. Пасынков, В.И. Платонов // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2014. Вып. 10. Ч. 1. С. 91 - 98.
9. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных металлов / С.П. Яковлев, В.Н. Чудин, С.С. Яковлев, Я. А. Соболев. М: Машиностроение, 2004. 427 с.
10. Изотермическое формоизменение анизотропных материалов жестким инструментом в режиме кратковременной ползучести / С. С. Яковлев, С.П. Яковлев, В.Н. Чудин, В.И. Трегубов, А.В. Черняев. М.: Машиностроение, 2009. 412 с.
11. Малинин Н.Н. Ползучесть в обработке металлов. М.: Машиностроение, 1986. 216 с.
12. Теория обработки металлов давлением: учебник для вузов / В. А. Голенков, С.П. Яковлев, С. А. Головин, С.С. Яковлев, В. Д. Кухарь / Под ред. В.А. Голенкова, С.П. Яковлева. М.: Машиностроение, 2009. 442 с.
Яковлев Сергей Сергеевич, д-р техн. наук, проф., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Пилипенко Ольга Васильевна, д-р техн. наук, проф., mpf-tula@rambler.ги, Россия, Орел, Государственный университет—учебно-научно-производственный комплекс,
Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доц., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Платонов Валерий Иванович, канд. техн. наук, доц., mpf-tula@rambler.ги, Россия, Тула, Тульский государственный университет
EXPERIMENTAL STUDIES OF POWER MODES INSULATED COMBINED
DRA WING DURING CREEP
S.S. Yakovlev, O.V. Pilipenko, A.A. Pasynkov, V.I. Platonov
The results of experimental studies of power modes of the first and second isothermal operations combined extracts axisymmetric-tion of parts of high-strength materials in creep mode. Found satisfying, instrumental coordination of theoretical and experimental data (raskhozhde-set does not exceed 10%).
Key words: combined extract, anisotropy experiment, tech-nological parameters, temperature, matrix, punch, strength, deformation, creep-honored tension.
Yakovlev Sergey Sergeevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula @rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Pilipenko Olga Vasilievna, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula @rambler. ru, Russia, Orel, State University - Education-Science-Production Complex,
Pasynkov Andrey Aleksandrovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula @rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Platonov Valeriy Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula @rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
