CC BY
10
ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
УДК 621.983; 539.374
АНАЛИЗ ТЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛА ПРИ КОМБИНИРОВАННОМ ВЫДАВЛИВАНИИ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК С ПЛОСКОКОНУСНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ
С.Н. Ларин, А. А. Пасынков, В. А. Булычев
На основе метода конечных элементов было выполнено моделирование комбинированного выдавливания прутковых стальных заготовок плоскоконусным пуансоном. Установлен характер течения металла при различных соотношениях размеров деформирующего инструмента. Выявлено влияние толщин стенок изделия на скорости истечения металла и объемы заполнения рабочих полостей.
Ключевые слова: комбинированное выдавливание, обработка давлением, формоизменение, металл.
В качестве основной операции для изготовления стальных гильз практически всегда применяется многооперационная вытяжка [1-3]. При этом возможно возникновение различного рода брака как по разнотол-щинности, так и по качественным параметрам [4, 5]. Интересным выглядит применение обратного выдавливания прутковых заготовок, которое дает преимущества относительно изготовления таких изделий вытяжкой. В целях снижения удельных давлений при обратном выдавливании применяют различные методы, начиная с изменения рабочей геометрии инструмента и заканчивая применением различных смазок для снижения трения [6, 7]. Рассмотрим процесс течения металла в процессе комбинированного выдавливания прутковой заготовки с конусным деформирующим инструментом. На рис. 1 представлена схема процесса.
Исследование выполним в программном комплексе DEFORM. Деформируемая деталь имеет следующие размеры: d 0 = 40 мм; dj = 32...35 мм; d2 = 20...23 мм; d3 = 30 мм; h = 5 мм; c = 1...3 мм. В качестве материала заготовки использовалась сталь 20.
На рис. 2 - 3 представлены схемы к оценке характера течения материала в полости матрицы при различных значениях толщин формируемых стенок. В частности, данные схемы позволяют оценить скорости течения металла в направлениях, противоположных движению пуансона.
355
Рис. 1. Схема комбинированного выдавливания
й1/ ¿0 = 0,8; ¿2/ ¿з = 0,65
¿1/ ¿0 = 0,9; ¿2/ ¿3 = 0,65
¿1/ ¿0 = 0,9; ¿2/ й3 = 0,75 Рис. 2. Схемы к оценке характера течения материала т = 0,08
356
¿1/ ¿0 = 0,9; ¿2/ й3 = 0,65
¿1/ ¿0 = 0,9; ¿2/ й3 = 0,75 Рис. 3. Схемы к оценке характера течения материала т = 0,12
На представленных рисунках приведены поэтапные схемы течения металла - на нестационарной стадии, на установившейся стадии и в конце хода пуансона при достижении заданной толщины дна. Данные схемы позволяют оценить характер течения металла. Как видно из полученных схем
357
при приблизительно одинаковых толщинах стенок изделия течение металла происходит равномерно. То есть реализуется истечение одинаковых объемов металла в полости.
При уменьшении толщины нижней стенки и неизменной толщиной верхней можно наблюдать, что на нестационарной стадии и стадии установившегося течения скорости истечения металла в верхнюю полость больше в 4 раза, чем при выдавливании с одинаковыми толщинами стенок. Скорости истечения металла в нижней полости в 10 раз меньше чем для первого случая. В конце хода пуансона скорость истечения материала в верхнюю полость замедляется. Истечение металла в нижнюю полость ускоряется, и скорости становятся одинаковыми как для случая do = 0,8; й 2 / ^з = 0,65, так и для случая когда справедливы соотношения размеров / йо = 0,8; й 2 / йз = 0,75. Но несмотря на происходящее в конце хода выравнивание скоростей течения металла очевидна разница высот сечений.
При уменьшении толщины верхней стенки и неизменной толщине нижней видно картину противоположную описанной выше. Стоит заметить более чем шестикратную разницу в скоростях истечения по сравнению со случаем, когда / й0 = 0,8; й 2 / йз = 0,65.
При одновременном уменьшении толщин стенок, как верхней, так и нижней можно увидеть, что скорости несколько выравниваются. Однако истечение металла вниз идет интенсивнее ввиду большей толщины нижней стенки.
Изменение параметров трения несколько меняет картину истечения металла. Так увеличение трения на пуансоне в случае, когда была уменьшена толщина нижней стенки привело к выравниванию скоростей течений металла в направлении верхней и нижней полостей в инструменте. По аналогии изменив величину трения на матрице при меньшей толщине верхней стенки были выравнены объемы формируемых стенок.
Данные задачи были рассмотрены без учета радиусов скруглений пуансонов и кардинального изменения формы рабочей геометрии инструмента. Поэтому следует подробнее изучить возможности подбора геометрии для формирования заданных размеров изделий. Результаты позволят разработать рекомендации по использованию технологий в промышленности.
Работа выполнена в рамках гранта РФФИ 20-08-00401.
Список литературы
1. Яковлев С.П. Обработка давлением анизотропных материалов / С.П. Яковлев, С.С. Яковлев, В.А. Андрейченко. 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. M., Металлургия, 1976. 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.
7. Черняев А.В., Усенко Н.А., Коротков В.А., Платонов В.И. Определение влияния скорости деформации на сопротивление деформированию при статическом растяжении с повышенной температурой // Цветные металлы. 2019. №5. С. 60-66.
Ларин Сергей Николаевич, д-р техн. наук, профессор, 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,
Булычев Владимир Александрович, канд. техн. наук, доцент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, АО «Центральное конструкторское бюро аппара-тостроения»
ANALYSIS OF METAL FLOW IN COMBINED EXTRACTION OF STEEL BILLETS WITH FLAT-CONE TOOL
S.N. Larin, A.A. Pasynkov, V.A. Bulychev
Based on the finite element method, the simulation of combined extrusion of steel bar stocks with a flat-cone punch was performed. The nature of the metal flow is established for various sizes of the deforming tool. The influence of the product wall thicknesses on the metal flow rate and the filling volumes of the working cavities is revealed.
Key words: combined extrusion, pressure treatment, shaping, metal.
Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, 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,
Bulychev Vladimir Aleksandrovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, JSC «Central Design Bureau of Apparatus Engineering»
