Газостатическая формовка трубчатой заготовки в матрицу с заданным рельефом Текст научной статьи по специальности «Физика»

отклонение составляет * 3,5 %), что позволяет сделать положительное заключение об адекватности разработанной модели.

Статья выполнена в рамках целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)» по проекту № 2.1.2/2843.

Список литературы

1. Кухарь В.Д., Селедкин Е.М., Селедкин С.Е. Формовка листовых заготовок в состоянии сверхпластичности. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. 168 с.

V. Legeyda

The problem of distribution of thin-walled cylindrical workpiece under the action of uniformly distributed pressure is considered. A comparison of analytical and numerical results is conducted.

Key words: distribution, deformation, billet, finite element method.

Получено 04.08.10

УДК 539.374

В.Ю. Легейда, асп., (4872)35-18-32, tm@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ)

ГАЗОСТАТИЧЕСКАЯ ФОРМОВКА ТРУБЧАТОЙ ЗАГОТОВКИ В МАТРИЦУ С ЗАДАННЫМ РЕЛЬЕФОМ

Рассмотрен процесс формоизменения трубчатой заготовки типа «стакан» в матрицу с геометрией произвольной формы. Показано, как происходит заполнение гравюры матрицы при различной величине приложенного давления на каждой операции формообразования.

Ключевые слова: формоизменение, газовая среда, деформация, заготовка.

Рассмотрим процесс деформирования трубчатой заготовки типа «стакан» под действием давления газа в жесткую матрицу произвольной формы. На рис. 1. показана форма матрицы, которая дает представление о форме полуфабриката, который требуется получить из заготовки типа «стакан».

Формообразование будем осуществлять за несколько операций, включающих в себя такие характерные операции, как обтяжка цилиндрического выступа на дне матрицы и воспроизведение заданной гравюры матрицы.

Рис. 1. Схема процесса формоизменения

Математическая модель процесса [1], основанная на функционале полной мощности (1)

I°11%и йЭ + | + а{(£„ )2йЭ- |/I Ц ^ ^ тт, (1)

3 Ss 3

где (1 - вектор внешних сил; V - компоненты скорости перемещения в координатных направлениях; |у5 | - модуль скорости скольжения заготовки по

поверхности матрицы; Э - объем тела; а - большая положительная константа, преобразуется в систему алгебраических конечно-элементных уравнений (2)

ИМ={В}, (2)

где

И=| || ^ №. К+м1в Г фу [ве ;

{в}= Е 1 [< ] \[р }« -е /к Г к К;

Н=1 $Н

& }-і42 ПкП к Iе і-і

3 V

л0.5

К

эл

В Г И[ве ];

Е - общее число элементов; Р и Н - число элементов, к сторонам которых приложены соответственно поверхностная нагрузка и напряжение трения.

При решении основной системы алгебраических уравнений (2) необходимо добавить к ней совокупность уравнений, полностью описывающих граничную поверхность матрицы.

Решение представленной на рис. 1 технологической задачи было реализовано при следующих значениях геометрических параметров: Н=150 мм; Я1=40 мм; Я2=20 мм; г3=50 мм; г4=10 мм; г5=10 мм; Г6=35 мм; £0=0,5 мм; h1=10 мм; h2=30 мм; h3=70 мм. Материал заготовки - алюминиевый сплав АМцАМ, упрочнение которого описывается следующей зависимостью

а, = 90 + 400е, (МПа). (3)

Максимальная степень деформации, которая может быть реализована в течение одной операции, ограничивается максимальным значением главных деформаций: окружной е1 < 28 % и деформации по толщине заготовки е3 < 33 %.

После реализации каждой из операции принимаем, что материал подвергается термической обработке, и его механические свойства полностью восстанавливаются и описываются кривой упрочнения (3)

Результаты расчета представлены на рис. 2, 3.

На первой операции при относительно небольшом давлении (д = 4 МПа) в основном происходит заполнение гравюры матрицы за исключением угловых зон - стадия макроформовки (рис. 2). Анализ рис. 3 показывает, что ни одна из контролируемых деформаций не превысила критического значения.

На второй операции осуществляются заполнение углов и окончательное оформление детали (рис. 4). Для более качественного воспроизведения формы требуется существенно повысить давление.

Рис. 2. Последовательное заполнение матрицы материалом заготовки на первой операции. Формоизменение со свободным торцом, q = 4 МПа

Є

0,2

0,15

0,1

0,05

0

-0,05

■0.1

-0,15

I Сн

- і 1

: Н м

: \

- у , , , , , , , , С3

.... ,,, , , , , , 1 , . , ,

О 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 М 1_

О 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 М Ь

а б

Рис. 3. Распределение вдоль образующей оболочки: главных деформаций и накопленной деформации (а) и относительной толщины (б) после первой операции (формоизменение со свободным торцом, q = 4 МПа)

Рис. 4. Последовательное заполнение матрицы материалом заготовки на второй операции при различной величине приложенного давления

Из рис. 4. видно, что при холодной деформации даже десятикратное увеличение давления не привело к полному заполнению угловых зон матрицы.

Статья выполнена в рамках целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)» по проекту № 2.1.2/2843.

Список литературы

1. Кухарь В.Д., Селедкин Е.М., Селедкин С.Е. Формовка листовых заготовок в состоянии сверхпластичности. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. 168 с.

V. Legeyda

The process of forming a tubular workpiece such as "glass" in the matrix with the geometry of arbitrary shape is considered. The filling of engraving matrix for different values of applied pressure on each operation forming is shown.

Key words: forming, gas environment, deformation, the workpiece.

Получено 04.08.10

УДК 621.983; 939.974

A.В. Черняев, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-14-82, mpf-tula@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ),

С.С. Яковлев, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-14-82, mpf-tula@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ),

B.Н. Чудин, д-р техн. наук, проф., (499) 901-51-44, mpf-tula@rambler.ru (Россия, Москва, МИИТ),

А.А. Пасынков, асп., (4872) 35-14-82, mpf-tula@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ)

ФОРМООБРАЗОВАНИЕ С НАГРЕВОМ ЗАКОНЦОВОК ТРУБОПРОВОДОВ

На основе энергетического метода расчета предложены соотношения для оценки силовых и деформационных режимов раздачи и высадки законцовок с нагревом. Выполнены теоретические исследования влияния скорости перемещения инструмента, степени деформаций и условий трения на давление и повреждаемость материала при формообразовании законцовок.

Ключевые слова: раздача, высадка, вязкость, высокопрочные материалы, давление, температура, повреждаемость.

Двигательные установки ракетно-космической техники имеют сложную систему трубопроводов, соединенных законцовками - расширенными утолщенными краями труб - под автоматическую сварку. Законцов-ки формообразуют давлением, что связано с операциями раздачи и высадки. Технологическую сложность вызывает формообразование законцовок на тонкостенных трубах из высокопрочных титановых и алюминиевых сплавов. В этих случаях раздачу и высадку проводят с индукционным нагревом заготовок последовательно на одной позиции обработки. При этом материал проявляет вязкие свойства, и существенна зависимость от скорости. Рассмотрим названный процесс в части расчета режимов технологии и