АНАЛИЗ СОВМЕЩЕННОГО ПРОЦЕССА ОБЖИМА И ВЫСАДКИ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ТЕХНОЛОГИИ И МАШИНЫ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ

УДК 621.7.043

БО!: 10.24412/2071-6168-2024-5-417-418

АНАЛИЗ СОВМЕЩЕННОГО ПРОЦЕССА ОБЖИМА И ВЫСАДКИ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК

С.Н. Ларин

В системах трубопроводов применимы различного рода переходники с большего сечения на меньшее. Соединение данных деталей в основном реализуется сваркой, под которую необходимо иметь утолщения. Процессы деформирования позволяют за один ход получать такие детали путем комбинирования различных операций. В статье рассматривается возможность одновременной реализации процесса обжима и высадки трубных заготовок. Деформирование производится в горячих условиях. Выполнена оценка кинематики течения металла и силовых режимов при одновременном обжиме и высадке. Установлены параметры деформирования, позволяющие осуществлять такой процесс.

Ключевые слова: обжим, высадка, трубные заготовки, анализ, моделирование.

В статье рассматривается совмещенный процесс формообразования пустотелых осесимметричных переходников, заключающейся в осуществлении за один рабочий ход ползуна обжима концевого элемента трубы и высадки ее не обжимаемого участка. Необходимость получения таких деталей объясняется тем, что в системах трубопроводов применимы различного рода переходники с большего сечения на меньшее. Соединение данных деталей в основном реализуется сваркой, под которую необходимо иметь утолщения. Ввиду применяемых материалов заготовки процесс осуществляем в условиях горячего деформирования с поддержанием постоянной температуры заготовки в течении процесса. Выполнена оценка кинематики течения металла и силовых режимов при одновременном обжиме и высадке.

При моделировании в качестве граничных условий задавалось: диаметр заготовки = 70 мм; толщина стенки заготовки ^ - ^ = 5 мм. Высота прямолинейного участка матрицы \ = 30 мм. Материал заготовки - титановый сплав ВТ6. Температура заготовки при деформировании 900°С . Угол матрицы при обжиме а = 10...30° . Коэффициент трения на границах заготовки с инструментом 0,3.. .0,7. Скорость деформирования 0,37... 1 мм/сек.

На рисунке 1 дана схемы процесса. На рис. 2 представлены схемы совмещенного процесса деформирования с графиками изменения силовой нагрузки для характерных этапов процесса.

Рис. 1. Схема процесса

Видно, что основная нагрузка на инструмент реализуется в момент завершения высадки краевой части трубы. Рост силы происходит скачкообразно.

На рис. 3 схемы графики изменения скорости перемещения материала заготовки при реализации совмещенного процесса.

ILoad(N)

fi 7$&*0о5

4OTe'OOS 2rjS'CDS 1.эе»-оо5

Load Prediction

— Тор н^е

„4 27.0 40.5

Strolte (mm)

Рис. 2. Изменение геометрии детали при формоизменении

Vefcwity - Z (irimfecch 0.0Ю51

I

I

Velocity - L (mmi'sec) 0.00119

1

-0.185 -0.24? -0.309 -0.371 -0.4ЭЭ -0.495

I

Рис. 3. Схемы к оценке кинематики течения материала

Видно, что перемещения точек заготовки в осевом наибольшей интенсивности достигают в конечный этап деформирования в недеформируемой стенке заготовки.

На рис. 4 даны схемы к оценке максимальных напряжений, интенсивности нормальных напряжений и повреждаемости материала заготовки. Из анализа результатов установлено, что наиболее нагруженной зоной является фланцевая части детали. Выявлено, что анализируемые величины находятся в допускаемом интервале.

&ге» - Мак рлпЫра! (МРа)

Яг«5 - СПес&ге (МРа)

77.7 26 1 -25.6 -77.2 -129 -161 -232 -264

I

I

I

74.8

59.9 45.0

302 15.3 0.475

I ■

I

б

Рис. 4. Схемы к оценке максимальных напряжений (а), интенсивности нормальных напряжений (б)

и повреждаемости материала заготовки (в)

На рис. 5-6 даны графики изменения силы на стадиях обжима и высадки.

О 0,2 0,4 0,6 0,8 ^

Рис. 5. График изменения силы на стадии обжима

р, Н

400000 300000 200000 100000 о

О 0,2 0,4 0,6 0,8 ^

Рис. 6. График изменения силы на стадии высадки края

СО

0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 О

у

/

Г

0,2

0,4

0,6

0,8

ь

Рис 7. График изменения силы на стадии обжима

Анализируя данные зависимости установлено, что при реализации этапа высадки краевой части трубы максимальная сила в 5 раз больше чем на этапе обжима. Как при реализации обжима, так и при высадке сила максимальна на завершающем этапе.

На рис. 7-8 даны графики изменения критерия разрушения на стадиях обжима и высадки.

(В

0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 ОД 0,05 О

Рис. 8. График изменения критерия разрушения на стадии высадки края

Установлено, что в рассматриваемых диапазонах технологических параметров величина повреждаемости остается в рекомендуемых рамках не превышает величины 0,4 при высадке и 0,12 при обжиме.

На рис. 9-10 даны графики изменения интенсивности напряжений на стадиях обжима и высадки.

а-, МП а

70 60 50 40 30 20 10 О

Рис. 9. График изменения интенсивности напряжений на стадии обжима

о-, МПа

180 160 140 120 100 80 60 40 20 О

О 0,2 0,4 0,6 0,8 : fa

Рис. 10. График изменения интенсивности напряжений на стадии высадки края

С изменением схемы напряженного состояния происходит изменение величины интенсивностей напряжений. Так для обжима максимальная величина интенсивности напряжений составляет 70 МПа. Для высадки края трубы - 170 МПа.

Выполнение моделирование позволяет сделать вывод о возможности реализации одновременного обжима и высадки элемента трубы как в плане формируемой геометрии, так и в плане допустимых величин напряженно-деформированного состояния.

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

420

0,2

0,4

0,6

0,8

h

3. 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.

4. Полухин П.И., Гун Г.Я., Галкин А.М. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов. Справочник. M., Металлургия, 1976. 488 с.

Ларин Сергей Николаевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет

ANALYSIS OF THE COMBINED PROCESS OF CRIMPING AND DISEMBARKING OF PIPE BLANKS

S.N. Larin

In pipeline systems, various types of adapters are used from a larger cross section to a smaller one. The connection of these parts is mainly realized by welding, for which it is necessary to have thickenings. Deformation processes make it possible to obtain such parts in one stroke by combining various operations. The article considers the possibility of simultaneous implementation of the process of crimping and disembarking of pipe blanks. Deformation is performed in hot conditions. The kinematics of metal flow and power modes during simultaneous crimping and disembarkation were evaluated. Deformation parameters have been established that allow such a process to be carried out.

Key words: crimping, disembarkation, pipe blanks, analysis, modeling.

Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.7

DOI: 10.24412/2071-6168-2024-5-421 -422

АНАЛИЗ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ СТУПЕНЧАТЫХ РЕБЕР НА КОНУСНОЙ ПУСТОТЕЛОЙ ЗАГОТОВКЕ

П.В. Романов, И.С. Хрычев

Формирование рельефных поверхностей на осесимметричных пустотелых деталях позволяет повысить их жесткость. В статье рассматривается формирование поперечных ступенчатых ребер жесткости на внутренней поверхности концевой части. Проанализировано изменение величин максимальных напряжений в зоне очага деформации. Установлены величины повреждаемости материала заготовки. В результате анализа расчетных данных получены зависимости изменения напряжений и повреждаемости от геометрических характеристик инструмента и скоростей деформирования.

Ключевые слова: выдавливание, моделирование, формоизменение, деформации, напряжения.

Выполнена оценка изменения величин максимальных напряжений и величин повреждаемости на формируемой ступенчатой поверхности конической трубы. Формирование рельефных поверхностей на осесимметричных пустотелых деталях позволяет повысить их жесткость. В статье рассматривается формирование поперечных ступенчатых ребер жесткости на внутренней поверхности концевой части. Формирование оребрений происходит за счет осадки заготовки и истечения металла в зазор между пуансоном и заготовкой.

На базе моделирования установлены величины повреждаемости материала заготовки, получены зависимости изменения напряжений и повреждаемости от геометрических характеристик инструмента и скоростей деформирования. Моделирование выполнено в среде DEFORM 3D.

На рис. 1 приведена схема процесса. Заготовка представляет из себя коническую трубу с толщиной стенки s=20 мм. Материал - ВТ6. Температура деформирования 850°С . Высота заготовки 250 мм. Наружный радиус по меньшему основанию - 125 мм. Высота формируемых кольцевых утолщений h = 50 мм. Относительные диаметры формируемых утолщений ¿1 = Д/Do; d2 = D2/Dq . Скорость деформирования 6...60 мм/мин. Угол конусности заготовки 5...15° . На рис. 1 представлен эскиз с результатами моделирования.