CC BY
15
УДК 621.983; 539.374
КОМБИНИРОВАННОЕ ВЫДАВЛИВАНИЕ ПРУТКОВОЙ ЗАГОТОВКИ В ГЛАДКОЙ МАТРИЦЕ С АКТИВНЫМ ТРЕНИЕМ
С.Н. Ларин, О.Ю. Гурова, С.С. Абрамов
Рассмотрен процесс комбинированного выдавливания сплошной цилиндрической заготовки в гладкую цилиндрическую матрицу. Предполагается, что матрица подвижна и перемещается в направлении противоположном направлению перемещения пуансона. Установлено влияние скорости перемещения матрицы на силу и формирование геометрии изделия.
Ключевые слова: комбинированное выдавливание, пуансон, матрица, активное
трение.
Существуют различные способы изготовления гладких пустотелых цилиндрических изделий с донной частью, располагаемой в различных метах относительно высоты изделия. Одним из них является комбинированное выдавливание, когда истечение металла идет в двух противоположных направлениях. В статье выполнен анализ процесса комбинированного выдавливания сплошной цилиндрической заготовки в гладкую цилиндрическую матрицу с активным трением. Исследование выполнялось в программе DEFORM. На рис. 1, а представлена схема процесса. На рис 1 представлена схема выдавливания.
Рис. 1. Схема комбинированного выдавливания
Заготовкой для осуществления процесса являлся пруток диаметром 40 мм и высотой 25 мм. Диаметры давящих на заготовку инструментов принимались равными Оп = 30...35 мм. Углы фасок пуансонов принимались равными 45° . Радиусы скругления кромок 1 мм. Коэффициенты трения принимались в интервале 0,05.. .0,15, изменение которых оценивалось по закону Зибеля. Скорость перемещения деформирующего пуансона ^0 = 50 мм/с. Скорости перемещения матрицы V = 0...500 мм/с.
На рис. 2 показаны схемы, на которых продемонстрированы результаты моделирования операции для оценки скоростей течения металла при разных технологических параметрах.
318
е ж з
Рис. 2. К оценке скоростей течения металла: а - г = 0,75, т = 0,05, У1 = 0 мм/с; б - г = 0,55, т = 0,05, У = 0 мм/с; в - г = 0,75, т = 0,15, У! = 0 мм/с; г - г = 0,75, т = 0,05, У = 100 мм/с ; д - г = 0,55, т = 0,05, У = 100 мм/с; е - г = 0,75, т = 0,05, У = 300 мм/с; ж - г = 0,55, т = 0,05, У = 300 мм/с; з - г = 0,75, т = 0,15, У = 300 мм/с
На рис. 3 показаны схемы, на которых продемонстрированы результаты моделирования операции для оценки деформаций в заготовке при разных технологических параметрах.
319
а
б
в
д
е
ш»
Рис. 3. К оценке деформаций в заготовке:
а - г = 0,75, т = 0,05, У1 = 0 мм/с; б - г = 0,55, т = 0,05, У1 = 0 мм/с; в - г = 0,75, т = 0,15, У1 = 0 мм/с; г - г = 0,75, т = 0,05, У1 = 100 мм/с; д - г = 0,55, т = 0,05, V = 100 мм/с; е - г = 0,75, т = 0,05, У1 = 300 мм/с; ж - г = 0,55, т = 0,05, у = 300 мм/с; з - г = 0,75, т = 0,15, У! = 300 мм/с
320
г
з
На рис. 4 показаны схемы, на которых продемонстрированы результаты моделирования операции для оценки напряжений в заготовке при разных технологических параметрах.
е ж з
Рис. 4. К оценке напряжений в заготовке: а - г = 0,75, т = 0,05, У = 0 мм/с; б - г = 0,55, т = 0,05, У = 0 мм/с; в - г = 0,75, т = 0,15, У = 0 мм/с; г - г = 0,75, т = 0,05, У = 100 мм/с ; д - г = 0,55, т = 0,05, У = 100 мм/с; е - г = 0,75, т = 0,05, У = 300 мм/с; ж - г = 0,55, т = 0,05, У = 300 мм/с; з - г = 0,75, т = 0,15, У = 300 мм/с
321
На рис. 5 показаны схемы, на которых продемонстрированы результаты моделирования операции для оценки критерия разрушения в заготовке при разных технологических параметрах.
а
е
б
рнл * V
> «* »
д
-11/1 ж
Рис. 5. К оценке критерия разрушения в заготовке: а - г = 0,75, т = 0,05, У1 = 0 мм/с; б - г = 0,55, т = 0,05, У1 = 0 мм/с; в - г = 0,75, т = 0,15, У = 0 мм/с; г - г = 0,75, т = 0,05, У1 = 100 мм/с ; д - г = 0,55, т = 0,05, У = 100 мм/с; е - г = 0,75, т = 0,05, У = 300 мм/с ; ж - г = 0,55, т = 0,05, У = 300 мм/с; з - г = 0,75, т = 0,15, У1 = 300 мм/с
322
в
г
з
Анализ результатов, представленных на рис. 2-5 позволяет сказать, что увеличение величины редукции приводит к росту скоростей истечения металла, величины деформаций в изделии, уменьшению растягивающих напряжений, и коэффициента разрушения. Увеличение коэффициента трения приводит к росту напряжений, коэффициента разрушения и деформаций. Увеличение скорости перемещения матрицы позволяет добиться уменьшения растягивающих напряжений.
Стоит отдельно упомянуть про формирование геометрии изделий. Бывают случаи, когда необходимо чтобы донная часть изделия располагалась ближе к нижнему торцу. Выполненные исследования позволяют сказать, что применение схемы с активным трением позволяет сместить донную часть в нижнюю область изделия более чем на 30 % от начального положения. Увеличение коэффициента трения позволяет увеличить данный эффект.
На рис. 6 представлена зависимость силы выдавливания на верхнем пуансоне в зависимости от относительного хода инструмента для разных значений скоростей перемещения матрицы для величины редукции г = 0,75.
Рис. 6. Зависимость силы выдавливания на верхнем пуансоне в зависимости от относительного хода инструмента
На рис. 7 представлена зависимость силы выдавливания на верхнем пуансоне в зависимости от относительного хода инструмента для разных значений скоростей перемещения матрицы для величины редукции г = 0,55.
Рис. 7. Зависимость силы выдавливания на верхнем пуансоне в зависимости от относительного хода инструмента
323
На рис. 8 представлена зависимость силы выдавливания на верхнем пуансоне в зависимости от относительного хода инструмента для величины редукции г = 0,75 и для разных коэффициентов трения при скорости перемещения матрицы V = 0 мм/с.
Р,
>—
-} ^ \
1
//
О 0,2 0,4 0,6 о,а ^
Рис. 8. Зависимость силы выдавливания на верхнем пуансоне в зависимости от относительного хода инструмента
На рис. 9 представлена зависимость силы выдавливания на верхнем пуансоне в зависимости от относительного хода инструмента для величины редукции г = 0,75 и для разных коэффициентов трения при скорости перемещения матрицы V = 300 мм/с.
Р,
— 1
А
/ У
/
/
Рис. 9. Зависимость силы выдавливания на верхнем пуансоне в зависимости от относительного хода инструмента
Анализ рис. 6-9 позволяет сказать, что увеличение редукции с 0,55 до 0,75 приводит к росту силы на 60%. Увеличение скорости перемещения матрицы не приводит к изменению сил деформирования, что продемонстрировано на рис. 6 и 7. Увеличение трения с 0,05 до 0,15 при неподвижной матрице приводит к росту силы на 10 %. Увеличение трения при скорости перемещения матрицы V = 300 мм/с не приводит к изменению максимальной величины силы. Но в конце хода при увеличении трения сила снижается на 2 %.
По результатам исследований следует сказать, что использование схемы с активным трением не позволяет добиться снижения силовых нагрузок, но оно позволяет скорректировать геометрию изделий в плане формирования расположения донной части относительно высоты, несколько улучшить напряженно-деформированное состояние в изделии.
324
Работа выполнена в рамках гранта администрации Тульской области ДС/ 155.
Список литературы
1. Ларин С.Н., Пасынков А.А., Булычев В.А. Анализ течения металла при комбинированном выдавливании стальных заготовок с плоскоконусным инструментом // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 2. C. 355-360.
2. Ларин С.Н., Трегубов В.И., Исаева А.Н., Ларина М.В. Напряженно-деформированное состояние заготовки в процессе комбинированного выдавливания // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 2. C. 375-381.
3. Ларин С.Н., Пасынков А.А., Недошивин С.В., Исаева А.Н. Оценка напряженно-деформированного состояния изделия при комбинированном выдавливании прутковой заготовки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 3. C. 454-460.
4. Чудин В.Н., Пасынков А. А. Нестационарные процессы изотермической штамповки // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением. 2018. №6. С. 23-28.
5. 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.
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
Абрамов Сергей Сергеевич, студент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
COMBINED EXTRACTION OF BAR BILLETS IN A SMOOTH ACTIVE FRICTION MA TRIX
S.N. Larin, O.Yu. Gurova, S.S. Abramov
The process of combined extrusion of a continuous cylindrical billet into a smooth cylindrical matrix is considered. It is assumed that the matrix is movable and moves in the direction opposite to the direction of movement of the punch. The influence of the matrix displacement speed on the force and formation of the product geometry is established.
Key words: combined extrusion, punch, matrix, active friction.
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
Abramov Sergey Sergeevich, student, mpf-tnla a ramhler.ru, Russia, Tula, Tula State University
