CC BY
1
УДК 621.7
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-5-428-429
АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЯ СИЛ ПРИ ОБРАТНОМ ГОРЯЧЕМ ВЫДАВЛИВАНИИ С АКТИВНЫМИ СИЛАМИ ТРЕНИЯ
А.А. Пасынков, Ю.С. Галкин
Применение сил активного трения позволяет снизить силовые нагрузки при осуществлении операций выдавливания. В статье рассмотрена операция формирования стакана из прутковой заготовки посредством выдавливания с активными силами трения. Кроме того в рассматриваемой операции происходит интенсификация за счет дополнительного очага деформации, формируемого на краевой поверхности формируемой стенки. Выполнена оценка влияния относительных скоростей перемещения инструмента при разных степенях деформации на силовые нагрузки.
Ключевые слова: выдавливание, моделирование, формоизменение, сила, активное трение.
В статье рассмотрена операция формообразования, заключающаяся в деформировании прутковой заготовки цилиндрическим пуансоном в перемещающейся матрице, которая формирует активные силы трения. Кроме того, создается дополнительный очаг деформации за счет формирования небольшого фланца на торце заготовки на начальных этапах формообразования и дальнейшего его утонения на конечной стадии. За счет этого происходит снижение силы деформирования. В статье рассмотрена операция формирования пустотелого стакана с дном из прутковой заготовки. Предполагается, что при деформировании возникают активные силы трения, формируемые перемещающейся матрицей.
Выполнена оценка влияния относительных скоростей перемещения инструмента при разных степенях деформации на силовые нагрузки. Ввиду этого выполнено моделирование операции, в ходе которого определено влияние режимов деформирования на силы. Моделирование выполнено в DEFORM 3D.
В качестве заготовки использовался пруток диаметром Dq = 70 мм. Материал заготовки - титановый сплав ВТ6. Температура штамповки 850°С . Диаметр заготовки и, соответственно рабочий диаметр матрицы Dm = 84 мм. Диаметр пуансона Dп = 56 мм. Скорость перемещения пуансона 22...300 мм/мин. Скорость перемещения матрицы в случае использования активных сил трения ¥м = 2,5...4Уп . Коэффициент трения ц = 0,3 .
На рис. 1 представлен эскиз исследуемой операции.
Установлено изменение силы в процессе процесса формирования геометрии детали. На рис. 2 представлен график силы выдавливания с иллюстрацией текущего положения инструмента в характерных точках графика.
Рис. 1. Эскиз процесса выдавливания
Можно выделить несколько характерных участков на графике силы: резки рост силы с формированием утолщенного фланца на стенке; устойчивое формирование стенки заготовки с постепенной калибровкой фланца и действием сил активного трения; окончательное формирование геометрии детали.
На рис. 3 представлен график зависимости силы на деформирующем пуансоне от его скорости перемещения для разных условий трения на матрице.
Установлено, что увеличение скорости деформирования в целом негативно влияет на силу выдавливания. Рост скорости пуансона в интервале 0,35.. .3 мм/с ведет к увеличению силы на 27 %. Увеличение контактного трения на поверхности взаимодействия матрицы и заготовки позволяет добиться снижения силы на 8%, за счет увеличения влияния контактного трения.
На рис. 4 дан график изменения выдавливания от скорости перемещения матрицы и разных скоростей деформирования.
Рис. 2. График изменения силы на деформирующим пуансоне (Уп = 0,35 мм/с; Ум = 4Уп)
Р, Н
1200000 1000000 800000 600000 400000 200000 О
0,35 0,85 1,35 1,85 2,35 2,85 ТЛ
уп
Рис. 3. График зависимости силыг от скорости перемещения пуансона (¥м = 4¥п): 1 - /и = 0,5; 2 - / = 0,3
Р, Н
900000 850000 800000 750000 700000 650000 600000
3,5 4 4,5 У /У
ГМ/ у п
Рис. 4. График зависимости силы от относительной скорости перемещения матрицы: 1 - Уп = 0,37 мм/ сек;
2 - ¥п = 1 мм/ сек
2,
\
Установлено, что рост скорости деформирования при постоянной встречной скорости перемещения матрицы Ум = 4Уп ведет к увеличению силы на 20...28 %. Увеличение скорости матрицы, встречной направлению течению металла в интервале Ум /Уп 3,5.4 ведет к снижению силы выдавливания на 5 %. В интервале Ум /Уп 4.5 ведет к росту силы на 6 %.
На рис. 5 дан график зависимости максимальных по абсолютной величине напряжений от скорости перемещения пуансона.
<з,МПа
2 OD О
О,
-200 -400
-600 -800
Рис 5. График зависимости максимальных величин напряжений от скороспш перемещения пуансона: 1 - сжимающие напряжения; 2 - растягивающие напряжения
На рис. 6 дан график зависимости максимальных по абсолютной величине напряжений от относительной скорости перемещения матрицы.
35 0,85 1,35 1, 85 2,35 2, 85 У}
А
/
о.МПа
\
\2
5 i 4, Ум'
1Х
200 100 0
-100 ' -200 -300 -400 -500
Рис. 6. График зависимости максимальных величин напряжений от относительной скороспш перемещения матрицы: 1 - сжимающие напряжения; 2 - растягивающие напряжения
Рост скоростей деформирования приводит к росту максимальных величин растягивающих напряжений на 20 % и увеличению максимальных величин сжимающих напряжений 28 %. Увеличение скорости матрицы, встречной направлению течению металла приводит к снижению сжимающих напряжений на 4 % увеличению растягивающих напряжений на 6%. В интервале скоростей матрицы Ум /Уп 4.5 сжимающие и растягивающие напряжения растут на 6 %.
Таким образом установлены рациональные величины скорости матрицы, обеспечивающие активное трение для рассматриваемого варианта выдавливания. Относительная скорость матрицы в интервале Ум /Уп =3,8.4,2 обеспечивает минимальные силовые нагрузки и уменьшает неравномерность напряжений в детали.
Исследование выполнено при финансовой поддержки гранта ректора ФГБОУ ВО «Тульский государственный университет» для поддержки молодых ученых.
Список литературы
1. Яковлев С.С., Яковлев С.П., Чудин В.Н., Трегубов В.И., Черняев А.В. Изотермическое формоизменение из анизотропных материалов жестким инструментом в режиме кратковременной ползучести. М.: Машиностроение, 2009. 412 с.
2. Романов К.И. Механика горячего формоизменения металлов. М.: Машиностроение, 1993. 240 с.
3. Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. Учебник для студентов вузов. М.: Машиностроение, 1968, 400 с.
4. Голенкова В.А., Яковлев С.П. и др. Теория обработки металлов давлением. М. Машиностроение. 2009.
442 с.
5. Чудин В.Н., Пасынков А.А. Нестационарные процессы изотермической штамповки // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением. 2018. №6. С. 23-28.
5. Малинин Н.Н. Ползучесть в обработке металлов. М.: Машиностроение, 1986. 216 с.
6. Пасынков А.А., Борискин О.И., Ларин С.Н. Теоретические исследования операции изотермической раздачи труб из труднодеформируемых цветных спавов в условиях кратковременной ползучести // Цветные металлы. 2018. №2. С. 74-78.
7. Larin S.N., Pasynkov A.A. Analysis of forming properties during the isothermal upsetting of cylindrical work-pieces in the viscous-plasticity mode // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Volume 441, Issue 1, 2 November 2018.
8. Alves L.M., Afonso R.M., Silva C.M.A., Martins P.A.F. Boss forming of annular flanges in thin-walled tubes. Journal of Materials Processing Technology. 2017, Volume 250. P. 182-189.
9. Полухин П.И., Гун Г.Я., Галкин А.М. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов. Справочник. M.: Металлургия, 1976. 488 с.
Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Галкин Юрий Сергеевич, студент, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS OF CHANGES IN FORCES DURING REVERSE HOT EXTRUSION WITH ACTIVE FRICTION FORCES
A.A. Pasynkov, Y.S. Galkin
The use of active friction forces reduces the force loads during extrusion operations. The article considers the operation of forming a cup from a bar billet by extrusion with active friction forces. In addition, in the operation under consideration, intensification occurs due to an additional focus of deformation formed on the edge surface of the formed wall. The influence of the relative speeds of tool movement at different degrees of deformation on power loads is estimated. Key words: extrusion, modeling, shaping, force, active friction.
Pasinkov Andrey Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State
University,
Galkin Yuri Sergeevich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-5-431 -432
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЛАСТИЧЕСКОГО ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ ЛИСТОВОЙ ЗАГОТОВКИ
Г.А. Вобликов
В статье рассматривается технологический процесс отбортовки металлических листовых заготовок, используемый для формирования борта вокруг контура заготовки или отверстия. Освещены основные факторы, такие как пластичность материала, толщина, радиус изгиба и высота борта, оказывающие влияние на качество конечного продукта и предотвращающие возникновение трещин и других дефектов. Приведено описание использования компьютерного моделирования в процессе отбортовки, включая создание трехмерных моделей и их анализ с помощью программного обеспечения типа ANSYS, Abaqus, LS-DYNA, причём акцент сделан на QForm. Описаны результаты моделирования, позволяющие оценить напряжения, деформации, а также предсказать возможные повреждения и форму борта. Также представлены результаты исследования, касающиеся влияния углов отбортовки на вероятность возникновения дефектов и интенсивность напряжений. В выводах обсуждаются методы контроля качества и представлены рекомендации для оптимизации процесса отбортовки.
Ключевые слова: листовая штамповка, отбортовка, вероятность дефектов, повреждаемость, интенсивность напряжений, компьютерное моделирование, напряженное состояние.
Отбортовка металлических листовых заготовок — это технологический процесс обработки металла, при котором происходит формирование борта (отогнутого края) по контуру заготовки или отверстия в ней [1-2]. Этот метод широко применяется в производстве различных металлических изделий, таких как корпуса приборов, детали автомобилей, бытовая техника и многое другое. При отбортовке важно учитывать такие факторы, как пластичность материала, его толщину, радиус изгиба и высоту борта. Неправильно подобранные параметры могут привести к появлению трещин, разрывов или недостаточной жесткости борта [3]. После выполнения отбортовки производится контроль качества готовой детали. Проверяется геометрия борта, отсутствие дефектов и соответствие размеров заданным параметрам, однако перед непосредственным производством в процессах обработки металлов давлением применяются компьютерные моделирования. Компьютерное моделирование является современным подходом к оптимизации и анализу технологического процесса обработки металлов давлением [5-7]. Оно позволяет виртуально симулировать процесс формирования борта, что значительно сокращает время и затраты на разработку и тестирование реальных прототипов. Процесс компьютерного моделирования отбортовки начинается с создания трехмерной модели заготовки и инструментов (матрицы и пуансона) в системе автоматизированного проектирования (САПР).
431
