CC BY
19
УДК 621.983; 539.374
АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ УГЛОВ КОНУСНОСТИ ИНСТРУМЕНТА НА ХАРАКТЕР ТЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛА И СИЛУ КОМБИНИРОВАННОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
С.Н. Ларин, О.Ю. Гурова
Установлен характер влияния степени деформации, углов конусности деформирующего пуансона и неподвижного пуансона на силу комбинированного выдавливания и условия течения металла в полости между инструментами. Получены зависимости, иллюстрирующие характер изменения сил процесса от исследуемых параметров.
Ключевые слова: комбинированное выдавливание, пуансон, матрица, сила, течение металла.
Изменение формы кромки рабочего инструмента позволяет обеспечить изменение как характера истечения металла деформируемой заготовки, так и силы. В связи с этим в работе выполнены исследования, позволяющие выявить влияние угла конусности инструмента при разных соотношениях диаметров пуансона на силу деформирования и характер течения металла. Исследование выполнялось в программе DEFORM. На рис. 1, а представлена схема процесса. На рис 1, б представлен эскиз заготовки.
Рис. 1. Схема процесса выдавливания
Принимали, что заготовка имеет высоту Н = 25 мм и диаметр £>0 = 80 мм. В качестве материала заготовки исследовалась сталь 45. Диаметр матрицы принимался равным £о = 80 мм. Диаметр отверстия матрицы принимался = 70 мм. Диаметр деформирующего пуансона Оп = 70...74 мм. Диаметр нижнего пуансона изменялся в диапазоне £>2 = 60...64 мм. Углы фасок пуансонов менялись в интервале 30...90°.
На рис. 2 показаны схемы, на которых проиллюстрирована высота сформировавшейся нижней стенки изделия для разных величин углов конусности а и Ь и диаметров деформирующего инструмента.
305
д е ж з
Рис. 2. К оценке формирования геометрии изделия (Д = 80 мм, Д = 70 мм, Д = 64мм): а - а = 30° ; р = 30°; Дп = 70 мм; б - а = 30° ; Р = 30°; Дп = 74 мм; в - а = 30°; р = 90°; Д = 70 мм; г - а = 30°; Р = 90°; Дп = 74 мм; д - а = 90°; р = 30°; Дп = 70 мм; е - а = 90°; р = 30°; Д = 74 мм; ж - а = 90°; р = 90°; Д = 70 мм; з - а = 90° ;
Р = 90° ; Дп = 74 мм
Анализ эскизов, представленных на рис. 2 позволяет установить, что увеличение угла конусности деформирующего пуансона с 30 ° до 90 ° при неизменном угле конусности неподвижного р = 30° приводит к увеличению объема истекаемого металла в нижнюю стенку на 11 % при диаметре пуансона Д = 70 мм. Увеличение угла конусности деформирующего пуансона с 30° до 90° при неизменном угле конусности неподвижного р = 90° приводит к увеличению объема истекаемого металла в нижнюю стенку на 16 %. Рост угла конусности неподвижного пуансона с 30° до 90 ° при неизменном угле конусности деформирующего а = 30° приводит к увеличению объема истекаемого металла в верхнюю стенку на 14 %. Увеличение угла конусности неподвижного пуансона с 30° до 90° при неизменном угле конусности деформирующего а = 90° приводит к увеличению объема истекаемого металла в верхнюю стенку на 7 %. В целом видно заметное влияние конусности инструмента на формирование геометрии изделия.
На рис. 3 дана зависимость изменения силы выдавливания от относительной величины хода деформирующего пуансона.
"Ч2 ---
1
0 0 2 0,4 0 6 0,8 ¡1
Рис. 3. Изменение силы выдавливания от относительной величины хода деформирующего пуансона (£>0 = 80 мм, £ = 70 мм, а = 30°;
Ь = 30°); 1 - Бп = 70 мм, £ = 60мм; 2 - Бп = 70 мм, £ = 64мм;
3 - Бп = 74 мм, £>2 = 64 мм
На рис. 4. представлена зависимость изменения силы выдавливания от угла Ь.
2660 2640 2620 2600
30 (3, градус
Рис. 4. Изменение силы выдавливания от угла (3 ((£0 = 80 мм, £1 = 70 мм, £2 = 64мм, Бп = 70 мм); 1 - а = 30°; 2 - а = 90°
Из рис. 3 видно, что изменение диаметра пуансона с 70 до 74 мм при неизменном диаметре отверстия матрицы приводит к росту силы выдавливания на 12%. Увеличение же толщины нижней стенки изделия путем уменьшения диаметра нижнего пуансона приводит к снижению силы на 20%. Основная масса металла вытекает в нижнюю полость. Верхняя практически не формируется.
Из рис. 4 видно, что увеличение угла конусности рабочей кромки нижнего пуансона приводит сначала к снижению силы (Ь = 40°), а затем к ее увеличению. В целом увеличение угла Ь приводит к росту силы на 2%. Увеличение угла а приводит к росту силы на 3%. На рис. 5 представлена зависимость изменения силы выдавливания от относительного диаметра пуансона Оп / £0 при разных значениях углов а и Ь.
Из рис. 5 видно, что увеличение относительно диаметра верхнего пуансона с 0,85 до 0,95 приводит к росту силы на 11 % в среднем.
307
1 - а = 30°; 2 - а = 90° 1 - Р = 30°; 2 - р = 90°
Рис. 5. Изменение силы выдавливания от относительного размера Бп / £>о и углов а (а) и (3 (б) (= 80 мм, = 70 мм, ^ = 64мм)
Вывод. В целом анализ результатов позволяет сказать о том, что применение инструмента с коническими рабочими частями не оказывает существенного влияния на силу деформирования. Однако стоит сказать, что при определенном сочетании формы рабочих кромок нижнего и верхнего пуансона можно обеспечить формирование заданной высоты стенок вследствие затруднения или облегчения истечения металла в полости. Установлены оптимальные угла фасок рабочего инструмента, позволяющие снизить силу деформирования и обеспечить наилучшие параметры течения металла в рабочие полости. Для деформирующего пуансона это угол составляет 35 ° , для неподвижного 40 ° .
Работа выполнена в рамках гранта РФФИ 20-08-00401.
Список литературы
1. Яковлев С.П., Яковлев С.С., Андрейченко В.А. Обработка давлением анизотропных материалов. 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. М., 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.
Ларин Сергей Николаевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Гурова Ольга Юрьевна, студент, olya-gurova-2016@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS OF THE INFLUENCE OF ANGLES ON THE CHARACTER OF METAL FLOW AND POWER OF COMBINED EXTRACTION
S.N. Larin, O.Yu. Gurova
The character of the influence of the degree of deformation, the taper angles of the deforming punch and the stationary punch on the strength of the combined extrusion and the conditions of the flow of metal in the cavity between the tools is established. Dependencies are obtained that illustrate the nature of the change in the process forces on the studied parameters.
Key words: combined extrusion, punch, die, force, metal flow.
Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, head of department, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Gurova Olga Yurievna, student, candidate of technical sciences, docent, olya-gurova-2016@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.771
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ГЕОМЕТРИИ РАБОЧЕГО ИНСТРУМЕНТА НА СИЛУ ВЫДАВЛИВАНИЯ ПРУТКОВОЙ ЗАГОТОВКИ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ В КВАДРАТНУЮ МАТРИЦУ
А.А. Пасынков, О.Ю. Гурова
Рассмотрен процесс выдавливания прутковой заготовки круглого сечения в изотермических условиях. Проанализировано влияние величин радиусов скруглений рабочих кромок матрицы и пуансона на поведение материала при разных значениях редукции. Получены зависимости влияния радиусов скруглений рабочих кромок инструмента, редукции и скорости перемещения деформирующего инструмента на силу.
Ключевые слова: обратное выдавливание, инструмент квадратного сечения, изотермическое деформирование.
Интерес в техническом плане представляет изготовления высоких коробчатых изделий с относительно тонкими стенками. Одним из немногих процессов обработки давлением, позволяющим их получить является выдавливание. В статье исследован процесс изотермического обратного выдавливания цилиндрической заготовки в квадратную матрицу. Операцией выдавливания можно обеспечить получение изделия квадратной формы с относительно большой высотой, чего нельзя ввиду ограничений, связанных с разрушением материала получить вытяжкой. В качестве заготовки
309
