АНАЛИЗ ХАРАКТЕРА ТЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛА ПРИ КОМБИНИРОВАННОМ ВЫДАВЛИВАНИИ ПРУТКОВОЙ ЗАГОТОВКИ В ГЛАДКУЮ ЦИЛИНДРИЧЕСКУЮ МАТРИЦУ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

The article considers the possibility of combined extrusion of a tube billet into a conical matrix. Rational geometric relationships and technological parameters are established that provide the required flow of the workpiece material.

Key words: combined extrusion, conical matrix, tube billet, geometric parameters.

Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula a ramhler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Larina Marina Viktorovna, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula a ramhler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Tushin Roman Andreevich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@,rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.771

АНАЛИЗ ХАРАКТЕРА ТЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛА ПРИ КОМБИНИРОВАННОМ ВЫДАВЛИВАНИИ ПРУТКОВОЙ ЗАГОТОВКИ В ГЛАДКУЮ ЦИЛИНДРИЧЕСКУЮ МАТРИЦУ

С.Н. Ларин, Р.А. Тушин, А.А. Пасынков

Рассмотрен процесс комбинированного выдавливания прутковой заготовки в гладкую цилиндрическую матрицу в целях оценки влияния геометрии деформирующего инструмента на формирование геометрических параметров детали.

Ключевые слова: комбинированное выдавливание, цилиндрическая матрица, прутковая заготовка, геометрические параметры.

В работе рассматривалось комбинированное выдавливания прутка диаметром 40 мм и высотой 25 мм в гладкой цилиндрической матрице. При стандартной реализации технологии выдавливание в верхнюю и нижнюю полость происходит практически равномерно. В случае, когда требуется получить высоту нижней стенки значительно меньше, чем верхней, встает вопрос об ограничении истечения металла в нижнюю полость. Этого можно добиться применением матрицы, дающей подпор течению металла, но это может усложнять конструкцию инструмента и универсальность. Так же можно варьировать условия трения и геометрию нажимного пуансона таким образом, чтобы основная часть металла преимущественно вытекала в верхнюю полость. В качестве граничных условий считали, что диаметр матрицы равен 40 мм, диаметры верхнего и нижнего пуансонов принимались Бп = 35 мм. Коэффициенты трения принимались в интервале 0,05...0,15, изменение которых оценивалось по закону Зибеля. Скорость перемещения деформирующего пуансона Vq = 50 мм/с. Достижением требуемых условий считалось соотношение высот нижней и верхней стенок » 0,25.

На рис. 1 представлены схемы рассматриваемых вариантов выдавливания.

На рис. 1 поз. а соответствует случаю, когда выдавливание осуществляется с минимальным трением и неподвижной матрицей, б - с минимальным трением и нижней полостью, ограниченной стенками матрицы; в - выдавливанию с величиной коэффициента трения между матрицей и заготовкой и нижним пуансоном и заготовкой, равной 0,15, между верхним пуансоном и заготовкой 0,05, а также подвижной матрицей, перемещающейся со скоростью 200 мм/с, г - выдавливанию в неподвижной матрице с величиной коэффициента трения между матрицей и заготовкой и нижним пуансоном и заготовкой, равной 0,15, между верхним пуансоном и заготовкой 0,05; д, е, ж - выдавливанию в неподвижной матрице с величиной коэффициента трения между матрицей и заготовкой и нижним пуансоном и заготовкой, равной 0,15, между верхним пуансоном и заготовкой 0,05, отличающимися углами скоса кромок пуансона, равными 15, 10 и 5° соответственно.

I ]

[ 1

а

V \

\ I

г

лц* Ж

Рис. 1. Схемы рассматриваемых вариантов выдавливания

9

б

д

в

е

На рис. 2 представлены результаты моделирования процесса комбинированного выдавливания. Буквы на представленных схемах соответствуют обозначению схем, представленных на рис. 1.

Как видно из рис. 2 увеличение коэффициента трения в местах взаимодействия заготовки с нижним пуансоном, упрощение геометрии нижнего пуансона и уменьшение трения между верхним пуансоном и заготовкой позволяет значительно повысить неравномерность течения металла между нижним и верхним направлениями. Однако все равно, добиться требуемого соотношения высот (это достигнуто на рис. 2, б применением матрицы с подпором) это не дает.

Использование активного трения позволят добиться требуемых соотношений высот стенок, что проиллюстрировано на рис. 2, в. Но тут следует отметить важность повышения коэффициента трения между изделием и стенками матрицы для большего эффекта от активного трения. В случае минимально трения требуемая неравномерность течения металла между нижним и верхним направлениями не достигается.

I I

I I

а

II

V I

г

лц* Ж

Рис. 2. Результаты моделирования

10

На рис. 3 представлены полученные зависимости сил деформирования от пройденного пути пуансона для всех рассматриваемых случаев. Буквы на представленных схемах соответствуют обозначению схем, представленных на рис. 1.

Как видно из рис. 3, минимальную силу обеспечивает выдавливание с активным трением (на при условии увеличения трения между заготовкой и матрицей), а также применение пуансона с геометрией соответствующей рис. 1, в. Реализация выдавливания с подпором позволяет добиться формирование нижней стенки изделия заданной геометрии, но имеет недостатки в виде увеличения сил на 15...20 % соответственно повышенному износу инструмента и сложности извлечения изделий. Таким образом, применение активного трения позволяет снизить силы выдавливания и обеспечить требуемое течение металла в верхнюю полость.

Работа выполнена в рамках гранта администрации Тульской области ДС/ 155.

1. Яковлев С.П., Яковлев С.С., Андрейченко В.А. Обработка давлением анизотропных материалов. Кишинев: Квант, 1997. 332 с.

2. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1968. 283 с.

3. Чудин В.Н., Пасынков А.А. Нестационарные процессы изотермической штамповки // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением. 2018. №6. С. 23-28.

4. Пасынков А.А., Борискин О.И., Ларин С.Н. Теоретические исследования операции изотермической раздачи труб из труднодеформируемых цветных сплавов в условиях кратковременной ползучести // Цветные металлы. 2018. №2. С. 74-78.

5. Полухин П.И., Гун Г.Я., Галкин А.М. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов: справочник. М.: Металлургия, 1976.

Р, мн

в ж

И

Рис. 3. Зависимости сил деформирования от пройденного пути пуансона

Список литературы

488 с.

6. Демин В.А., Черняев А.В., Платонов В.И., Коротков В.А. Методика экспериментального определения механических и пластических свойств материала при растяжении с повышенной температурой // Цветные металлы. 2019. №5. С. 66-73.

Ларин Сергей Николаевич, д-р техн. наук, профессор, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Тушин Роман Андреевич, канд. техн. наук, доцент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доцент, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

ANALYSIS OF THE CHARACTER OF THE METAL FLOW AT COMBINED EXTRACTION OF THE BAR BAR IN THE SMOOTH CYLINDRICAL MA TRIX

S.N. Larin, R.A. Tushin, A.A. Pasynkov

The article describes the process of combined extrusion of a bar stock into a smooth cylindrical matrix in order to assess the influence of the geometry of the deforming tool on the formation of the geometric parameters of the part.

Key words: combined extrusion, cylindrical matrix, bar stock, geometric parameters.

Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Tushin Roman Andreevich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Pasynkov Andrey Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University