CC BY
13
Хрычев Иван Сергеевич, студент, sulee@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Харченко Антон Витальевич, студент, sulee@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
INFLUENCE OF DEFORMATION RATES ON THE FLOW INTENSITY OF METALS AND
THE FORCE WHEN WASHING THE TEE
I.S. Khrychev, A.V. Kharchenko
The influence of strain rates during orthogonal piercing of holes in tees on the forces and possibilities of controlling the outflow of metal in different directions is considered. The results of theoretical studies are presented in the form of established dependences of the influence of speeds on these parameters.
Key words: hole piercing, hot deformation, forces, deformation rates.
Khrychev Ivan Sergeevich, student, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Kharchenko Anton Vitalievich, student, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.7.043 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-5-84-88
АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА ОПЕРАЦИИ ХОЛОДНОЙ СВАРКИ ДАВЛЕНИЕМ
Я.А. Вилимок
Рассматривается влияние геометрических параметров инструмента, а также коэффициента трения на силовые характеристики операции холодной сварки давлением.
Ключевые слова: сварка давлением, геометрические параметры, напряжения, коэффициент трения, радиус скругления.
Для изготовления электрических проводов, кабелей и шин обычно используются алюминиевые и медные сплавы вследствие их высокой электропроводности, низкой окисляемости, а также более предпочтительных механических и пластических свойств.
При эксплуатации алюминиевых проводников (в сравнении с остальными сплавами) проще заменять поврежденные участки, благодаря наличию возможности использовать холодную сварку давлением.
Определяющим фактором в образовании соединения при холодной сварке давлением является интенсивная пластическая деформация [2]. На величину степени деформации оказывает влияние геометрия инструмента, качество соединяемых поверхностей и толщина исходного материала [1].
При разработке технологии холодной сварки давлением алюминиевых заготовок необходимо, чтобы допустимая степень деформации была такой величины, которая не вызывала бы существенного ослабления свариваемой детали.
Для повышения производительности холодной сварки давлением применительно к проводам из алюминиевых сплавов была поставлена задача провести исследования с целью изучить влияние геометрических параметров сварочного инструмента на силовые.
81вр 100
5!Г«5 ■ 6Шк1М! (МРа)
ч
Рис. 1. Распределение напряжений в свариваемых заготовках после окончания
деформирования
Для реализации поставленной задачи был использован метод конечных элементов и проведено компьютерное моделирование процесса холодной сварки давлением проволоки из алюминия АД1М (рис 1). Результаты деформирования выводятся на экране компьютера в виде ЗD-моделей детали с отображением распределения напряжений.
Для проведения моделирования были использованы проволочные образцы с диаметром сечения 2,5 мм. Радиус скругления кромок пуансона (рис. 2) был выбран в диапазоне Rп = 0,1 ... 0,5, технологические параметры заданы: степень деформации е = 0,8, коэффициент трения ц = 0,3.
Рис. 2. Радиусы скругления кромок пуансонов
По окончанию проведения каждого эксперимента в программном комплексе отображаются графические зависимости технологической силы от времени. На рис. 3 приведен график для следующих технологических параметров: Rl = 0,5 мм, R2 = 0,5 мм, е = 0,8, ц = 0,3. Исходя из полученных зависимостей видно, что в данном эксперименте максимальная технологическая сила операции составляла 3,02 кН.
Вреглня Ь::
Рис. 3. График силы деформирования от времени операции холодной сварки
85
Результаты исследований приведены в табл. 1, из которой видна динамика изменения силы деформирования при различных соотношениях радиусов пуансона.
Исходя из полученных результатов установлено, что радиусы скругления кромок пуансонов существенно влияют на силу деформирования операции холодной сварки. Выявлено, что сила деформирования Ртах изменяется в диапазоне от 2532 до 3677 Н, что в процентном соотношении составляет приблизительно 34%.
Таблица 1
Зависимость силы деформирования от геометрических параметров инструмента
№ 1 2 3 4 5 6 7 8 9
RI,MM 0,1 0,1 0,1 0,3 0,3 0,3 0,5 0,5 0,5
R2,MM 0,1 0,3 0,5 0,1 0,3 0,5 0,1 0,3 0,5
Pmax, Н 3466 3155 2786 3677 3037 2532 3341 2904 3022
В ходе проведения исследований было также установлено влияние коэффициента трения на силовые режимы.
Результаты исследований представлены на рис. 4.
| 1—м^о.з 2—р=0,5 3 —р=0.7 |
Времия 1,с
Рис. 4. Зависимость технологической силы от коэффициента трения
Было выявлено, что при деформировании заготовки на этапе 1, когда £=0,3, образуется ступень, формирование которой связано с изменением характера течения металла: в данной области поперечная деформация сжимаемого участка переходит в продольную (рис. 5).
Р Vi Р V,
t Г W. ш—i ш_ ___
» doy' 2do s т. - Ч _ ц ц 1 I л
-i б) в) от поперечной деформации к продольной
а] Рис. 5. Схема перехода
Полученные зависимости силы деформирования в момент схватывания металла (в = 0,8) при различных коэффициентах трения ц приведены в табл. 2. Выявлено, что с увеличением коэффициента ц с 0,3 до 0,7 сила сварки давлением алюминиевой проволоки возрастает на 31,5 %. Наименьшая величина технологической силы достигается путем снижения коэффициента трения ц.
Таблица 2
Зависимость силы деформирования от коэффициента^^_
Коэффициент трения л 0,3 0,5 0,7
Сила деформирования Pmax , Н 2532 3066 3511
В ходе проведения исследований были также изучены распределения напряжений и деформаций.
Распределения напряжений и деформаций в очаге пластического формоизменения в различных точках Л показаны на рис. 1. В точках Р1 и Р2 напряжения значительно меньше, чем в точке Рз, следовательно, адгезионные процессы в них практически не происходят.
На рис. 6 приведены зависимости изменения напряжения для каждой из трех выбранных точек. Установлено, что среднее значение напряжения в точке Рз больше на 32% и 49 %, чем в точках Р2 и Р1 соответственно. Однако в момент схватывания металла разница между предельными напряжениями уменьшается и в точках Рз и Р2 отличается на незначительную величину.
Время t,c
Рис. 6. Зависимость напряжений от времени операции холодной сварки в различных точках очага деформации
В ходе проведения исследований была рассмотрена операция холодной сварки давлением, а также изучено влияние технологических параметров на силовые характеристики.
Были найдены оптимальные значения геометрических параметров для холодной сварки проволоки диаметром 2,5 мм из алюминия АД1М.
Список литературы
1.Kim J. H., Oh S. I. and Kobayashi S. Analysis of streching of sheet metals with hemispherical punch, Int. J. Mach. Tools Des. Res., 18 (1978). P. 209-226.
2.Mori К, Shima S. and Osakada K. Some improvements of the rigid-plastic finite element method, J. JSTP, 21-234 (1980). P. 593-600.
Вилимок Ярослав Александрович, магистр., vilimokya@vahoo.com, Россия, Тула, Тульский Государственный Университет
ANALYSIS OF THE INFLUENCE OF TECHNOLOGICAL PARAMETERS ON COLD
PRESSURE WELDING OPERATIONS
Y.A. Vilimok 87
The influence of the geometric parameters of the tool, as well as the coefficient of friction on the power characteristics of the cold pressure welding operation is considered.
Key words: pressure welding, geometric parameters, stresses, coefficient of friction, radius of rounding.
Vilimok Yaroslav Aleksandrovich, undergraduate student, vilimokya@yahoo.com, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.7.043 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-5-88-93
АНАЛИЗ ИНТЕНСИВНОСТИ НАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ ПРИ РИФЛЕНИИ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ
С.С. Яковлев
Проведено компьютерное моделирование получения сетки рифлей на внутренней поверхности цилиндрической оболочки обработкой металлов с целью определения особенностей распределения интенсивностей напряжений и деформаций, возникающих в процессе формоизменения рабочим инструментом - оправками со спиральными клиновыми выступами с различной геометрической формой заходной части.
Ключевые слова: сетка рифлей, интенсивности деформаций, интенсивность напряжений, локальное деформирование.
В различных отраслях машиностроения широкое применение находят цилиндрические детали с рифлёной сетчатой поверхностью, которая регламентируется ГОСТ 21474-75 «Рифления прямые и сетчатые». Рифлёная поверхность требуется для увеличения сил сцепления, которые необходимы при повороте детали вручную. Для получения рифлёной поверхности используется способ накатки роликами. При этом шаг рифля не превышает 2 мм, глубина 1,4 мм, а ширина накатываемой поверхности 32 мм.
В ряде случаев необходимо в цилиндрической оболочке получать сетку рифлей со значительно большим шагом и площадью на всей внутренней поверхности с целью получения специальных эксплуатационных характеристик. При этом вместо способа накатки используют другие способы обработки металлов давлением. Получение сетки рифлей с большим шагом на внутренней поверхности цилиндрических заготовок или заготовок типа «стакан» является новым, сложным и малоизученным технологическим процессом. Поэтому исследование напряженного и деформированного состояния при формоизменении поможет лучше изучить формообразование сетки рифлей в зависимости от различных факторов, а также понять кинематику течения материала.
Известен способ получения сетки рифлей ромбовидной формы по способу [1], который отличается от других способов [2-3] меньшими энергетическими затратами. Это объясняется тем, что при редуцировании по способам [2-3] очаг деформации охватывает весь объём заготовки, тогда как по способу [1] только её локальны участки поверхности. Однако при формообразовании спиральных клиновых канавок с помощью рабочих оправок со спиральными клиновыми выступами вдоль образующей цилиндрической оболочки возникают сжимающие напряжения. При использовании некоторых типов рабочих оправок (рис. 1) может возникнуть потеря устойчивости (рис. 2, а) стенки оболочки, что является недопустимым и приводит к браку в готовом изделии [4-6]. В связи с чем исследование напряженно-деформированного состояния позволит определить критическую величину интенсивности напряжений и установить режимы формообразования спиральных клиновых канавок без потери устойчивости заготовки. В данной работе рассмотрено влияние различных типов заходной части рабочей
88
