CC BY
55
УДК 621.791.12
ГЕРМЕТИЗАЦИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ КАПСУЛ ХОЛОДНОЙ
СВАРКОЙ ДАВЛЕНИЕМ
А.К. Евдокимов, Ву Нгок Тхыонг
Холодный метод сварки используется достаточно эффективно в производстве. Для улучшения качества продукции, повышения качества сварки. Проблемы, рассматриваемые в данной работе: холодная сварка тонких алюминиевых капсул, результаты эмпирических параметров, планы улучшения выравнивания шва.
Ключевые слова: холодная сварка, алюминиевые капсулы, соединения, степень деформации, швы.
Алюминиевые капсулы предназначены для хранения, в первую очередь, сыпучих материалов. Основными требованиями к их герметизации является надежность соединения. При случайной деформации тонкостенной емкости или ее соединительного шва не должна происходить разгерметизация. Из существующих способов герметизации емкостей наиболее экономичным является сварка давлением. Однако у нее есть недостаток -пониженная прочность сварного шва, которая возникает из-за образования около шва тонких перемычек. Предлагается сварной шов выполнить с ребристой перемычкой.
Так как степень деформации, при которой достигается наибольшая прочность сварного шва, по схеме осадки при герметизации капсул хорошо известна, то можно легко вывести формулу для расчета прочности перемычки. Для этого нужно определить по кривой упрочнения значение Gfr для нагартованного металла в зоне наименьшего сечения перемычки. Затем вычислить площадь этого сечения, образующая которого будет находиться под некоторым углом а к цилиндрической поверхности деформирующего «зуба»:
Fпрм ~ {Dвн — h1 'tga),
^ cos а
где Ввн- внутренний диаметр шва; k[- половина наименьшей толщины
сварного шва; l - образующая поверхности наименьшего сечения перемычки, проходящей от кромки инструмента до окончания поверхности схватывания.
Усилие полного °трыва перемычки Ротр = Рпрм ■ sbmax , где sbmax -
максимальный предел прочности упрочненного материала в наименьшем сечении перемычки.
Максимальный предел прочности материала, подсчитывается по
1 08
формулам для кривых упрочнения Sb = 4,1+0,05 emax ’ , (для АД0М);
max
Sb = 9,5+0,1 e max, (для АД1М), где e max- степень деформации, пред-
max
ставляемая в процентах.
Причем emax = H h 1 100, где H - исходная толщина листа.
При сварке по схеме деформирования с ребристой перемычкой прочность шва будет вычисляться следующим образом. Сначала найдем площадь сечения ребристой перемычки по формуле
Fсеч = 2 (а + a1) + Fпрм,
где n - число ребер$ а, а1, b - размеры ребра в сечении. Усилие разрыва перемычки определим по формуле:
Ротр = Fсеч ' sbmax .
Результаты расчета прочности капсул из алюминиевых сплавов АД0М и АД1М с классической и предлагаемой перемычкой, сведены в таблицу. В обоих случаях Dm =91 мм. Задаем степень деформации e =0,76
и толщину шва h1 = h /2=0,12 мм, угол наклона a = 5°, ширина поверхности
схватывания L = 2,03 мм. При указанной степени деформации Sbmax = 97
Н/мм2 (для АД0М) и °bmax= 162,5 Н/мм2 (для АД1М).
Примем в предлагаемом способе угол между прорезями в инструменте в = 1°, n = 360. Тогда сварной шов будет иметь поперечные размеры ребра а = 0,3, а1= 0,24 и b = 0,17 мм.
Параметры классической и предлагаемой схем сварки
Металл капсулы Классическая схема сварки Предлагаемая схема сварки
F 1 прм ’ мм2 P 1 отр ’ кН P, ГПа F 1 сеч ■> мм2 P 1 отр ’ кН P, ГПа
АД0М 34,4 3,3 0,51 49,7 4,8 0,74
АД1М 34,4 5,6 0,6 49,7 8,1 1,24
В обоих случаях расчетная прочность разгерметизации шва капсулы с ребристой перемычкой увеличивается соответственно на 45,6 % и 44,2 % по сравнению с классической.
Для расчета коэффициента схватывания к схв поверхностей деталей примем, что сила отрыва перемычки равна силе рассоединения поверхностей (при соответствующей степени деформации):
D 2 вИ
Рсхв = ®схв ' р'схв ; р'схв = р ' L ' С^н + L) ; ^схв _ ~т ( гл^ 7Т ' P ,
4 ■ L ■ \Dвн + ^
где Dвн = Dвн - ¿1 ■ № .
Подставляя числовые значения из таблицы, получим ксхв » 0,06.
Давление воздуха в капсуле в момент отрыва перемычки
4 Р
р ^ отр
pDeH
На рисунке показан инструмент для герметизации алюминиевых капсул сварным швом с ребристой перемычкой.
Инструмент для сварки деталей «внахлестку» с ребристой перемычкой
Таким образом, емкости, загерметизированные сваркой с ребристой перемычкой, выдерживают в 1,5 - 2 раза большее давление в капсуле и имеют хороший товарный вид. Сам способ узнаваем по остающемуся отпечатку в зоне сварного шва.
По форме емкости могут иметь разнообразную конфигурацию, но чаще встречаются цилиндрические. При этом удельная прочность разгерметизации капсул практически не меняется.
Евдокимов Анатолий Кириллович, д-р техн. наук, проф.,
AKEvdokimov@yandex.ru. Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ву Нгок Тхыонг, аспирант, vuthuong??@,yahoo.com.au, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
SEALING AL UMIMUM CAPSULES COLD PRESSURE WELDING A.K. Evdokimov, Vu Ngoc Thuong
Cold welding method is used quite effectively in production. To improve product quality, improve the quality of welding. The problems addressed in this paper: cold welding of thin aluminum capsules. The empirical parameters, plans to improve the alignment of the joint.
Key words: cold welding, aluminum capsule connection, the degree of deformation
joints.
Evdokimov Anatoli Kirillovic, doctor of technical sciences, professor, AKEvdokimov@yandex.ru. Russia, Tula, Tula State University,
Vu Ngoc Thuong, postgraduate, vuthuon277@yahoo.com.au, Russia, Tula, Tula State University
УДК. 621.7, 539.3
НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ МАТЕРИАЛА ПРИ РЕДУЦИРОВАНИИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО СТАКАНА ПУАНСОНОМ С РИФЛЯМИ
О.Н. Митин, Ю.А. Иванов
Приведен анализ напряженно-деформированного состояния материала в стенки цилиндрической заготовки при ее редуцировании профильным пуансоном через гладкую коническую матрицу. Изложены результаты, характеризующие изменение гидростатического напряжения, интенсивности напряжений, компонент деформаций и температур, возникающих изменение в стенке стакана в процессе его редуцирования.
Ключевые слова: математическое моделирование, формирование винтовых рифтов, пуансон, матрица, рифление, редуцирование, напряжение, деформация.
Ранее в статьях [1, 2] с использованием программного комплекса QForm 2D/3D было рассмотрено математическое моделирование процесса формирования винтовых рифтов на внутренней поверхности стакана при редуцировании его профильным пуансоном через цилиндрическую матрицу (рис. 1).
Проанализируем основные характеристики напряженно-
деформированного состояния материала в процессе редуцирования для четырех характерных этапов нагружения заготовки, которые представлены на рис. 2.
В процессе нагружения материал заготовки нагревается. Анализ показал, что температура в области рифта распределена не равномерно по объему материала (рис. 3).
Наибольшее ее значение достигается в верхней точке рифта. После того как рифт сформирован в процессе дальнейшего нагружения температура в области данного рифта начинает уменьшаться, что видно из картины распределения температур на четвертом этапе.
