CC BY
11
УДК 621.771
АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ СОВМЕЩЕНИИ ОСАДКИ И ВЫДАВЛИВАНИЯ ЗА ОДИН ХОД ПОЛЗУНА
А. А. Пасынков, А.Н. Шивцова, М.К. Чистяков
Исследован процесс получения фланцевых изделий из цветных сплавов, заключающийся в одновременном радиальном выдавливании и осадке формоизменяемой части заготовки. Установлено напряженное состояние заготовки при разных температурных условиях. Выявлены наиболее нагруженные зоны заготовки.
Ключевые слова: выдавливание, осадка, нормальные напряжения, изотермическая штамповка.
В общем машиностроении применима группа деталей, представляющих собой осесимметричные изделия с широким фланцем и стержневой частью разной высоты, диаметр которой намного меньше фланцевой [1 - 4]. Такие изделия принято изготавливать горячей объемной штамповкой. Однако ввиду специфики ее применения значительные доли металл отправляются в отход. При штамповке таких изделий из специальных сплавов возникают значительные силы - это особенно значимая проблема. Также при штамповке специализированных сплавов возможно возникновение различного рода брака ввиду сложности течения металла. В связи с этим рассмотрим процесс, заключающийся в осадке части прутковой заготовки с радиальным выдавливанием в изотермических условиях. На рис. 1 представлена схема процесса.
Рис. 1. Схема процесса
Анализ исследуемого процесса будем выполнять на основе результатов моделирования в программном комплексе DEFORM. Предполагалось, что материалом заготовки являлись сплавы ВТ6 и АМг4. В процессе моделирования предполагалось использование прутковой заготовки диаметрами D = 50, 70,100 мм. Высота заготовки принималась Hq = 70,100 мм. Высота недеформируемого участка заготовки принималась H = 15, 25, 35, 45 мм. Ход инструмента для заготовок высотой 100 мм при
высоте недеформируемого участка заготовки Н = 15, 25, 35, 45 мм принимался АН = 70, 60, 50, 40 мм соответственно, для заготовок высотой 70 мм при высоте недеформируемого участка заготовки Н = 15,25,35,45 мм принимался АН = 40, 30, 20,10 мм соответственно.
На рис. 2, 3 представлены схемы на этапах формоизменения к оценке максимальных напряжений в изделии для рассматриваемых сплавов при температуре заготовки Т = 20 °С.
Анализ этих схем показал, что начиная с центра и перемещаясь на боковой поверхности осаживаемой части заготовки, напряжения стремительно увеличиваются, из сжимающих становясь растягивающими. Максимальные их значения для сплава АМг4 - 500 МПа и для ВТ6 - 800 МПа. Эти значения превышают допустимые растягивающие напряжения для рассматриваемых сплавов. Поэтому на боковой поверхности заготовки возможно формирование трещин.
Рис. 2. Схемы к оценке средних нормальных напряжений:
Взаз = 70мм; Нзаг = 100 мм; АМг4; Т = 20 °С
Рис. 3. Схемы к оценке средних нормальных напряжений:
Взаз = 70 мм; Нзаг = 100 мм; ВТ6; Т = 20 °С
На рис. 4 представлены схемы на этапах формоизменения к оценке максимальных напряжений в изделии для сплава АМг4 при температуре заготовки Т = 400 °С.
Рис. 4. Схемы к оценке средних нормальных напряжений:
ВЗСП = 70 мм; Нзаг = 100 мм; АМг4; Т = 450 °С; И=0,75
Как видно из рис. 4, нагрев заготовок и поддержание постоянной температуры позволяют значительно - более чем в 4 раза - снизить растягивающие напряжения и в 5 раз сжимающие. Переход от минимальных к максимальным напряжениям становится более плавным. В целом обеспечение нагрева заготовок и штамповка в изотермических условиях обоснованы.
На рис. 5,6 представлены схемы к оценке максимальных по абсолютной величине нормальны напряжений для разных высот И = (Н0 - Н)/ Н0 формоизменяемой части заготовки.
а
б
Рис. 5. Схемы к оценке средних нормальных напряжений
Взаз = 70 мм; Нзаг = 100 мм; Т = 400 °С; ВТ6;
а - И = 0,85; б - И = 0,75; в - И = 0,65; г - И = 0,55
497
/г
?
а
б
в
г
Рис. 6. Схемы к оценке средних нормальных напряжений:
Взаз = 70 мм; Нзаг = 100 мм; Т = 450 °С; АМг4;
а - И = 0,85; б - И = 0,75; в - И = 0,65; г - И = 0,55
Анализ рисунков позволил установить, что уменьшение относительной величины формоизменяемой части заготовки, т.е. уменьшение степени деформации в условиях кратковременной ползучести приводит, в целом, к снижению напряжений в изделии. Причем наблюдается наибольшее снижение для сжимающих напряжений. Растягивающие напряжения уменьшаются лишь на 10 %. Максимальных значений растягивающие напряжения достигают на боковых поверхностях осаживаемого фланца.
На рис. 7,8 представлены схемы к оценке максимальных по абсолютной величине нормальны напряжений для разных высот И = (Н0 - Н) / Н0 формоизменяемой части заготовки при скорости перемещения пуансона V = 1 мм/с.
Анализ рисунков позволил установить, что снижение скорости перемещения исполнительного инструмента приводит к заметному снижению сжимающих (более чем в 2 раза) и растягивающих (на 30...50 %) напряжений. Распределение полей напряжений становится более равномерным.
а б в г
Рис. 7. Схемы к оценке средних нормальных напряжений:
Взаз = 70 мм; Нзаг = 100 мм; V = 1 мм/с; Т = 450 °С; ВТ6; а - И = 15 мм; б - И = 25 мм; в - И = 35 мм; г - И = 45 мм
498
а
б
в
Рис. 8. Схемы к оценке средних нормальных напряжений
Бзаз = 70 мм; Нзаг = 100 мм; V = 1 мм/с; Т = 450 °С; АМг4;
а - И = 15 мм б - И = 25 мм в - И = 35 мм г - И = 45 мм
На рис. 9 представлены схемы к оценке максимальных по абсолютной величине нормальны напряжений для значений скоростей деформирования и коэффициентов трения.
а
б
в
Рис. 9. Схемы к оценке средних нормальных напряжений:
Бзш = 70 мм; Нзаг = 100 мм; Т = 450°С ; т = 0,05 а - ВТ6; V = 10 мм/с; б - ВТ6; V = 1 мм/с; в - АМг4; V = 10 мм/с;
г - АМг4; V = 1 мм/с;
Анализ рисунка позволил выявить, что снижение скорости перемещения пуансона совместно со снижением трения между заготовкой и инструментом дает заметный эффект по снижению напряжений. Относительно исходных условий коэффициент трения 0,05 и скорость деформирования V = 1 мм/с дают снижение растягивающих напряжений на 80.. .100 %, сжимающих более чем в 4 раза. Стоит сказать, что снижения коэффициента трения до 0,05 при скорости деформирования V = 10 мм/с дает неравномерную картину напряжений. Снижение скорости деформирования выравнивает напряженное состояние.
В качестве вывода можно сказать, что обеспечение изотермических условий деформирования позволяет добиться благоприятного напряжённого состояния, которое можно улучшить, варьируя скоростные параметры.
Работа выполнена в рамках гранта РФФИ 20-08-00541.
499
г
г
Список литературы
1. Чудин В.Н., Пасынков А.А. Нестационарные процессы изотермической штамповки // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением. 2018. №6. С. 23-28.
2. Черняев А.В., Чудин В.Н., Тесаков Д.М. Последовательно-совмещенная вытяжка заготовки при вязкопластическом деформировании // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2019. № 1 (91). С. 3-7.
3. Ларин С.Н., Платонов В.И., Коротков В. А. Проектирование матрицы для вытяжки материалов, обладающих плоскостной анизотропией механических свойств // Цветные металлы. 2018. №7. С. 83-87.
4. Новые ресурсо- и энергосберегающие технологические процессы изготовления деталей методами обработки давлением/ А.Э. Артес, Е.Н. Сосенушкин, В.В. Третьюхин, А.А. Окунькова, Т.В. Гуреева // Вестник машиностроения. 2013. №5. С.72-74.
Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доцент, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Шивцова Анна Николаевна, студентка, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Чистяков Михаил Константинович, студент, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS OF CHANGE OF STRESSES A T COMBINA TION OF SEDIMENT AND EXPLOSION IN ONE STROKE OF THE SLIDER
A.A. Pasynkov, A.N. Shivtsova, M.K. Chistyakov
The process of obtaining flanged products from non-ferrous alloys, consisting in the simultaneous radial extrusion and upsetting of the form-changing part of the workpiece, is investigated. The stress state of the workpiece at different temperature conditions is established. The most loaded areas of the workpiece were identified.
Key words: extrusion, draft, normal stress, isothermal stamping.
Pasynkov Andrey Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Shivtsova Anna Nikolaevna, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Chistyakov Mikhail Konstantinovich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
