CC BY
5
УДК 621.77; 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-10-436-440
АНАЛИЗ ВЛИЯНИЕ УГЛА КОНУСНОСТИ НА ИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ ОБЖИМ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК
А.А. Пасынков, Б.С. Яковлев, В.И. Трегубов
Рассмотрен горячий обжим трубных заготовок с небольшими степенями деформации из титанового сплава ВТ6. Исследовано влияние угла конусности матрицы на основные технологические параметры данного процесса. проанализировано напряженно-деформированное состояние заготовок.
Ключевые слова: обжим, горячее деформирование, сила, напряженно-деформированное состояние.
Обжим трубных заготовок как правило проводится в матрицах с конической рабочей полостью [1-4]. Угол конусности матрицы может оказывать определённое влияние на качественные характеристики изделий. напряженно-деформированное состояние и силовые режимы. В некоторых случаях (при больших степенях деформации) деформирование возможно лишь при малых углах конусности инструмента. В данной статье рассмотрен процесс обжима трубных заготовок с небольшими степенями деформации (коэффициент обжима рассматривался в интервале 0,8...0,9) в целях установления влияния угла конусности на ключевые параметры процесса.
Предполагается, что трубная заготовка из титанового сплава ВТ6 нагревается локально непосредственно в инструменте до температуры 900°С . При деформировании температура в зоне деформаций поддерживается постоянной. Диаметр заготовки по внешнему контуру принимался 80 мм. Толщина стенки 5 мм. Матрица имела конический рабочий профиль с углом конусности а, который принимался равным 10...40° . Коэффициент обжима принимался равным 0,8.0,9.
На рис. 1 дан эскиз процесса обжима с локальным нагревом.
Проанализировано влияние величины угла конусности матрицы на величины напряжений в разных зонах краевой части заготовки. Для контроля напряжений были выбраны наружные и внутренний области стенки заготовки. На рис. 2 дана схема с указанием данных зон.
На рис. 3,4 даны зависимости изменения средних напряжений в контрольных зонах заготовки в течении времени деформирования для коэффициентов обжима к = 0,8 и к = 0,9.
а б
Рис. 1. Схема процесса до (а) и после (б) операции
i
■ Р1
Р1 Р2
Р 2
Рис. 2. Схема к оценке напряжений в заготовке
а, МП а
/ ч Л 4 / \
■ л А
--- г 4и
—г1 ■с <г / V
V — V г
\ /
А/
а, МП а
о
-0,5 -1 1,5 2 2,5 -3 -3,5 -4 -4,5
\ \ О 2 t> л я
// \4¿
\ \\ 7ГА \ Л / \
i Л 1 \ \
\\ 7// i 2 1 Ч 4
\ * /
h
а б
Рис. 3. График изменения средних напряжений в контрольных точках (к = 0,8): 1 - а = 10° ; 2 - а = 15° ; 3 - а = 20° ; 4 - а = 25° ; а - т.1; б - т.2
ст, МП а
2 О 2
-6 -8
а б
Рис. 4. График изменения средних напряжений в контрольных точках (к = 0,9): 1 - а = 10° ; 2 - а = 15° ; 3 - а = 20° ; 4 - а = 25° ; а - т.1; б - т.2
Из полученных зависимостей видно, что изменение угла конусности матрицы влияет на средние напряжения в контрольных точках преимущественно на начальных стадиях деформирования. Причем для зон заготовки, расположенных на наружной поверхности заготовки характер изменения напряжений, отличается от зон, расположенных на внутренней поверхности заготовки. Для зон заготовки на наружной поверхности максимальные по абсолютной величине значения средних напряжений наблюдаются в момент стационарной стадии. Для зон на внутренней поверхности оболочки максимальные по абсолютной величине значения средних напряжений наблюдаются в конце нестационарной стадии процесса. Для точки 1 с ростом угла
конусности с а = 10° до 25° сжимающие напряжения увеличиваются в 5 раз для коэффициента обжима к = 0,8 и в три раза для к = 0,9. Для точки 2 с ростом угла конусности с а = 10° до 25° сжимающие напряжения увеличиваются в 2 раза.
На рис. 5, 6 даны зависимости изменения интенсивностей напряжений в контрольных зонах заготовки в течении времени деформирования для коэффициентов обжима к = 0,8 и к = 0,9.
Ор МПа
Л 3 4
/Л у /
/ \
и \ —\\ \ .
\ V.__
> 12
0 2 0 4 0 6 0 8
<Ур МПа
к
а б
Рис. 5. График изменения интенсивностей напряжений (к = 0,8): 1 - а = 10° ; 2 - а = 15° ;
3 - а = 20° ; 4 - а = 25° ; а - т.1; б - т.2
<5р МПа
- /
XV \
А \ \\
к\Ч \ \\
\ ^
/
Л, I/ 1 2 3 4
1 0 2 О 4 0 6 0 8
а-, МПа
/ \
/Л / \
/ \
' /7\ ч \
/ \ ^ \
// \
// \
/ М 2 3 4
О Р о 4 О в о 8
а б
Рис. 6. График изменения интенсивностей напряжений (к = 0,9):
1 - а = 10° ; 2 - а = 15° ; 3 - а = 20° ; 4 - а = 25° ; а - т.1; б - т.2
И
РМ
9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000
° ю и 18 22 а, градус
Рис. 7. График изменения силы обжима от угла конусности матрицы:
1 - к = 0,8; 2 - к = 0,9
Выявлено, что рост угла конусности матрицы с а = 10° до 25° ведет к увеличению максимальных значений интенсивностей напряжений в точек 1 и 2 для коэффициента обжима k = 0,8 в два раза. При коэффициенте обжима k = 0,9 рост угла конусности матрицы приводит к росту интенсивностей напряжений в среднем в 2...,,5 раза. Максимальные значения интенсивностей напряжений достигаются на стационарной стадии течения.
Установлено влияние угла конусности матрицы, коэффициента обжима, на силу деформирования. На рис. 7 даны графики зависимости силы обжима от угла конусности матрицы.
Выявлено, что увеличение угла конусности матрицы для коэффициенте обжима k = 0,9 приводит к росту сил деформирования в 5 раз. Для коэффициента обжима k = 0,8 с ростом угла конусности наблюдается рост сил деформирования в 4 раза.
Таким образом выявлено, что угол конусности матрицы может оказывать значительное влияние на силы деформирования при изотермическом обжиме при незначительных степенях деформации. С ростом коэффициента обжима влияние угла конусности матрицы на силы начинает заметно снижаться. И при значительных степенях формообразования влияние конусности деформирующего инструмента не так заметно.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант РФФИ № 20-08-00541.
Список литературы
1. 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.
2. Черняев А.В., Чарин А.В., Гладков В.А. Исследование силовых режимов радиального выдавливания внутренних утолщений на трубных заготовках // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. № 10. С. 440-445.
3. Теория обработки металлов давлением / Учебник для вузов / В.А. Голенков, С.П. Яковлев, С.А. Головин, С.С. Яковлев, В.Д. Кухарь / Под ред. В.А. Голенкова, С.П. Яковлева. М.: Машиностроение, 2009. 442 с.
4. Пасынков А.А., Ларин С.Н., Исаева А.Н. Теоретическое обоснование схемы обратного изотермического выдавливания трубной заготовки с активным трением и вытяжкой ее краевой части // Заготовительные производства в машиностроении. 2020. №10. С. 462465.
Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доцент, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Яковлев Борис Сергеевич, канд. техн. наук, доцент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Трегубов Виктор Иванович, д-р техн. наук, профессор, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS OF THE INFLUENCE OF THE TAPER ANGLE ON ISOTHERMAL CRIMPING
OF PIPE BILLETS
A.A. Pasynkov, B.S. Yakovlev, N.S. Maltseva
Hot crimping of tubular billets with small degrees of deformation from titanium alloy VT6 is considered. The influence of the taper angle of the matrix on the main technological parameters of this process has been investigated. analyzed the stress-strain state of the blanks.
Key words: crimping, hot deformation, force, stress-strain state.
439
Pasynkov Andrey Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Yakovlev Boris Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Tregubov Victor Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, NPO «SPLAV»
УДК 621.7.043
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУФАБРИКАТА И ИНСТРУМЕНТА ПРИ ВЫДАВЛИВАНИИ ВТУЛКИ
ИВ. Юрков
Проведено компьютерное моделирование процесса комбинированного выдавливания с целью определения температуры инструмента, исчерпания ресурса пластичности материала заготовки, а также полей, определяющих дефекты на внешней поверхности детали.
Ключевые слова: температура, трение, инструмент, повреждаемость, втулка, выдавливание, поля.
Любой процесс обработки металлов давлением сопровождается некоторыми сопутствующими явлениями, например, повышением температуры оснастки и заготовки, повышением значения повреждаемости в результате деформирования, также возможны образования дефектов, как внутри, так и снаружи изделия [1-3].
Поэтому очень важно до внедрения технологии в производство осуществить полное исследование операции и проходимых процессов для того, чтобы предугадать и избежать негативных последствий в виде разрушения инструмента или материала заготовки [4-6].
В связи с этим, в данной работе будет проведена оценка температур, ресурса пластичности материала заготовки и возможных поверхностных дефектов при холодном объемном деформировании с помощью программно-аналитического метода исследований в программе QForm. О результатах моделирования и пойдет дальнейшая речь. Формоизменялась цилиндрическая стальная заготовка (сталь 10), считающаяся изотропной и жесткопластической. Деформирование проводилось при различных факторах трения, для выявления закономерности влияния данной характеристики на протекающие процессы.
Для оценки поверхностных дефектов полуфабриката был проведен анализ полей Гартфилда, которые показывают возможность образования повреждений или брака снаружи изделия. Повышенное значение данного параметра наблюдается на свободной поверхности нижней части изделия. При этом с увеличением фактора трения растет и численные значения полей.
Так наблюдается рост на 20% (с 0,95 до 1,18). При этом остальных частях полуфабриката рассматриваемый параметр близок к нулю, что практически исключает образование дефектов в других зонах, кроме нижней. Однако, так как полученный полуфабрикат будет подвержен последующей механической обработке, и часть нижней зоны будет обрезана, то данный дефект не этапе штамповки не является дефектом в готовой детали.
440
