CC BY
4
Key words: direct extrusion, hot deformation, geometry, research. Chekmazov Nikita Mikhailovich, student, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-10-371-374
АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПРИ ПРОДОЛЬНОМ
НАРУЖНОМ РИФЛЕНИИ
В.Д. Кухарь, С.С. Яковлев
Для удовлетворения нужд современной промышленности требуются различные по форме металлические изделия, так существует ряд пустотелых изделий цилиндрической формы, будь это трубные детали или оболочки с дном, на внешней поверхности которых имеются рифли. Рифли могут быть как спиральными, так и продольными, при этом может образовываться сетка рифлей. Изготовление таких деталей пластическим формоизменением требует комплексного исследования. Особый интерес при исследовании метода представляет напряженное и деформированное состояние, что дает первоначальное представление о степенях деформации, величинах напряжений, соотношений растягивающих и сжимающих напряжениях при продольном рифлении пластическим изменением формы. В данной работе проводится исследование напряженного и деформированного состояния при локальном пластическом нанесении продольных рифлей. Приводятся схемы распределения средних напряжений, интенсивности напряжений и интенсивности деформаций по объему полуфабриката. Оцениваются максимальные и минимальные величины этих характеристик, а также их статистика.
Ключевые слова: рифление, продольные наружные рифли, пластическое формоизменение, напряженно-деформированное состояние.
Существует ряд пустотелых изделий цилиндрической формы, будь это трубные детали или оболочки с дном, на внешней поверхности которых имеются рифли. Рифли могут быть как спиральными [1], так и продольными, при этом может образовываться сетка рифлей. Такие изделия могут использоваться в различных отраслях, например, в энергетической, где рифли увеличивают интенсивность теплообмена за счет увеличенной площади поверхности, в машиностроении, где рифли могут использоваться для подачи смазочно-охлаждающих жидкостей или как элемент зацепа.
Известны несколько способов получения таких изделий, например, литье, резание, локальное пластическое деформирование. Последний метод изучен мало, так как является новым [2]. Особый интерес при исследовании метода представляет напряженное и деформированное состояние, что дает первоначальное представление о степенях деформации, величинах напряжений, соотношений растягивающих и сжимающих напряжениях. Поэтому в данной работе будет проведено исследование напряженно-деформированного состояния при продольном рифлении внешней поверхности заготовки типа стакан с помощью компьютерного моделирования в программе QForm [3-10]. Заготовкой послужила стальная оболочка из стали 10, с толщиной стенки 3 мм, внешним диаметром 36 мм. Деформирование осуществлялось с помощью вытяжки с утонением, причем зазор между материалом заготовки и матрицей отсутствовал, при этом высота выступов матрицы составляла 1,5 мм. В итоге осуществлялось локальное утонение.
В результате компьютерного моделирования были получены в сечении (рис. 1) интенсивности напряжений (рис. 2), интенсивности деформаций (рис. 3), средние напряжения (рис. 4), повреждаемость (рис. 5).
Рис. 1. Исследуемое сечение детали 371
573 400 425 4W 473 500 525 550 575 600 625 650 675 700
Ишенсивнопьыприжемий |МПа] S J
а
Рис. 2. Интенсивность напряжений
На рис. 1 приведены данные к определению интенсивности напряжений в заготовке во время рифления. Причем на рис. 2, а приведены распределения интенсивности напряжений по площади сечения заготовки, на рис. 2, б - схема их распределений. Было установлено, что наибольшие величины напряжений наблюдаются в зоне формируемых рифлей, в остальной части заготовки напряжения не превышают 450 МПа. Так объем материала, в котором напряжения не достигают 450 МПа составляет примерно 70% и лишь в 8% металла напряжения превышают 600 МПа.
1.5 2.0 2,5 Ï.0
Пластическая деформация
s •• : - -
б
Рис. 3. Интенсивность деформаций
б
а
Исходя из распределения интенсивности деформаций по сечению заготовки (рис. 3, а), в 75% металла эта характеристика составляет 0. И только в менее 10% сечения материала интенсивности деформаций больше 1,0. При этом наибольшая интенсивность деформаций составляет 4,96. Таким образом реализуется локальное деформирование материала (рис. 3, б).
Анализ средних напряжений показал, что в большей части заготовки наблюдаются близкие к нулю напряжения. Так в 90% материала величина средних напряжений в диапазоне от -200 МПа до 200 МПа, а в 2% материала наблюдаются сжимающие напряжения от -100 МПа до -250 МПа. В зоне формируемых рифлей преимущественно наблюдаются сжимающие напряжения.
Рис. 5. Повреждаемость по Колмогорову
Максимальная повреждаемость по модели Колмогорова составляет 0,52. При этом повреждаемость выше 0,15 наблюдается в менее 1% площади сечения и только в области формируемых рифлей.
Таким образов в работе проанализировано напряженно-деформированное состояние и повреждаемость при рифлении внешней поверхности заготовки. Выявлены наибольшие рассматриваемые величины исследуемых характеристик и проанализированы объемные распределения характеристик.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-29-20212, https://rscf.ru/project/22-29-20212/ и Правительства Тульской области.
Список литературы
1. Патент № 2715512 И Российская Федерация, МПК B21C 37/20. Устройство для получения рифлей ромбовидной формы на наружной поверхности оболочки : № 2019123478 : заявл. 19.07.2019 : опубл. 28.02.2020 / С. С. Яковлев, В. А. Коротков, С. Н. Ларин [и др.] ; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ).
2. Патент № 2655555 И Российская Федерация, МПК B21C 37/20, B21J 5/12, B21J 13/02. Способ формирования рифлей ромбовидной формы на наружной поверхности цилиндрической оболочки: № 2017117127 : заявл. 16.05.2017 : опубл. 28.05.2018 / Ю. А. Иванов, В. А. Коротков, В. Д. Кухарь [и др.] ; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ).
3. Ларин С.Н., Платонов В.И., Самсонов Н.А. Вторичная модель управлением перемещения края круглой заготовки при вытяжке в матрице с профильным заходным участком // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 5. С. 76-80.
4. Березина К.А. К вопросу о применении обратного выдавливания и комплексная оценка процесса // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 7. С. 361363.
5. Пасынков А.А., Яковлев Б.С. Теоретические исследования процесса обжима цилиндрических заготовок в условиях вязкопластического течения материала // Заготовительные производства в машиностроении. 2022. Т. 20. № 5. С. 213-217.
6. Пачколина П. А. Моделирование термической обработки валков горячей прокатки в программе Qform // Технология машиностроения и материаловедение. 2017. № 1. С. 13-14.
7. Березина К.А., Гасанов А.И., Каркач Л.В. Исследование возможности штамповки детали с переменным наружным диаметром и профильным глухим отверстием // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. № 7. С. 370-372.
8. Implementation of the Bai and Wierzbicki fracture criterion in QForm and its application for cold metal forming and deep drawing technology / Y. Gladkov, I. Peshekhodov, M. Vucetic [et al.] // MATEC Web of Conferences : 4, Glasgow, 06-09 августа 2015 года. Glasgow, 2015. P. 12009.
9. Pasynkov A.A., Larin S.N. Simulation of the process of isothermal backward extrusion of a thick-walled hollow billet // Journal of Physics: Conference Series, Saint Petersburg, 23-24 апреля 2020 года. Saint Petersburg, 2021. P. 012024.
10. Михальченко С.Н., Яковлев Б.С., Чекмазов Н.М. Оценка влияния величины конусности инструмента на силу прямого выдавливания титановой трубы // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. № 5. С. 313-318.
Кухарь Владимир Денисович, д-р техн. наук., профессор, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Яковлев Сергей Сергеевич, аспирант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS OF THE STRESS-STRAIN STATE IN THE LONGITUDINAL EXTERNAL RIFLE
V.D. Kukhar, S.S. Yakovlev
For the needs of modern industry, metal products of various shapes are required, so there are a number of hollow cylindrical products, whether they are pipe parts or cases with a bottom, on the outer surface of which there are corrugations. Rifles can be spiral, such longitudinal, while a grid of riffles can be formed. The manufacture of parts from such plastic forming requires a comprehensive study. Of particular interest in the detection is the feeling and the deforming state, which gives an expected idea of the degree of deformation, the magnitude of the deformation, the ratio of tensile and compressive stress during longitudinal corrugation by plastic shape change. In this work, a study of the sharpness and deforming state is observed with the correct plastic introduction of extended grooves. Schemes of distribution of the average share, the probability share and the probability of deformations by the volume of the semi-finished product are given. The maximum and minimum values of this characteristic are estimated, as well as their statistics.
Key words: corrugation, longitudinal external corrugations, plastic deformation, stress-strain state.
Kukhar Vladimir Denisovich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Yakovlev Sergey Sergeevich, postgraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.77; 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-10-374-378
КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА НАПРЯЖЕНИЙ В ОЧАГЕ ДЕФОРМАЦИИ
ПРИ ГОРЯЧЕЙ РАЗДАЧЕ
И.С. Хрычев, П.В. Романов
В процессе работы элементов гидротрубопроводов, возникают значительные нагрузки на элементы гидросистемы. Особенный интерес представляют различного рода переходники и гидроцилиндры с меняющимся рабочим профилем. Поэтому необходимым является применение материалов с определенными эксплуатационными характеристиками для изготовления элементов таких систем. В статье рассмотрена схема получения таких изделий пластическим формоизменением, а именно раздачей части трубной заготовки. Раздача рассмотрена для заготовок, изготовленных из сплава В95. Важным является подбор сочетания скорости деформирования и температур, обеспечивающие качественное формирование геометрии изделий и наилучшее напряженное состояние заготовок. Ввиду этого в статье приводятся исследования изменения величин напряжений в ответственных зонах заготовки. Получены зависимости изменения напряжений для разных углов конусности, степеней деформации и скоростных режимов.
Ключевые слова: легированные стали, раздача, деформирование, напряжения.
Для создания изделий с меняющимся по высоте наружным контуром и являющихся элементами гидроаппаратуры обычно применяют методы деформирования [1-4]. Процессы формообразования позволяют при этом добиться наибольшей эффективности производства [5-8]. При формоизменении прочных и стойких к внешним воздействиям материалов требуется обеспечение режима деформирования в различных диапазонах режимов обработки [9-10]. В связи с этим в статье рассмотрена операция раздачи элементов труб в горячих условиях в широком интервале скоростей деформирования. Установлено влияние режимов обработки на изменение величин напряжений в ответственных зонах заготовки.
374
