CC BY
3
The paper presents the results of modeling the process of deformation of a pipe made of VT6 alloy, implemented at temperatures corresponding to hot deformation. In particular, the operation of direct extrusion is considered. The process is carried out by moving the workpiece through the matrix and the mandrel of a conical shape by means of the pressure of the pressure punch. Due to the geometry provided by the taper of the tool, the metal flows in a conical channel. In this case, the formed wall of the product is located at a certain distance relative to the walls of the workpiece along the vertical axis. The operation under study was simulated using the complex. based on finite element calculations for various combinations of previously presented sizes and strain rates. In the work, the influence of the degree of deformation, defined as the difference in the cross sections of the workpiece at the entrance to the deformation zone and the exit from it, as well as the relative inner diameter of the formed wall and technological modes, on the formation of the extruded wall of the product was studied.
Key words: direct extrusion, hot deformation, geometry, research.
Pasynkov Andrey Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Yakovlev Boris Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, bor_yak@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Chekmazov Nikita Mikhailovich, student, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.983
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-4-438-441
ИССЛЕДОВАНИЕ ГОРЯЧЕЙ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ ДЕТАЛИ СО СЛОЖНЫМ ПРОФИЛЕМ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ
А.В. Алексеев
С помощью компьютерного моделирования в программе для исследования процессов штамповки проводится исследование операции выдавливания детали со сложной формой в поперечном сечении. Оцениваются численно несколько основных параметров процесса: интенсивность напряжений, интенсивность деформаций, максимальная температура заготовки, средние напряжения, минимальные и максимальные сжимающие напряжения при операции выдавливания детали. Приводятся их наибольшие или наименьшие значения для выявления закономерностей о влиянии фактора формы на исследуемые характеристики. Приводятся результаты компьютерного моделирования пластического формоизменения. Особенностью исследования является то, что штамповка проводится из разных по форме заготовок, что позволяет оценить и выявить лучшую форму исходной заготовки. Делаются выводы о влиянии формы заготовки на величины напряжений, деформаций, технологических сил, а также температуру в заготовке. В заключении идет речь о том, какую заготовку, а точнее ее исходную форму лучше применять для штамповки детали со сложной формой методом горячего объемного выдавливания.
Ключевые слова: выдавливание, исследование, штамповка, напряжения, деформации, температура, моделирование.
Обработка давлением, в сущности, является одним из подразделов машиностроения в результате которой производятся либо готовые детали, либо полуфабрикаты для дальнейшей обработки [1,2]. При этом возможно получение деталей самой
438
разнообразной формы и размеров, что значительно расширяет технологические возможности обработки металлов давлением. Так при использовании этого метода возможно получение стальных полуфабрикатов или конечных деталей со сложным профилем [3] поперечного сечения (формы в целом). Подобную деталь [3] необходимо изготавливать методом горячей объемной штамповки, что связано с формой заготовки и необходимостью подогревать заготовку и оснастку штамповую для повышения пластичности материала и соответственно снижения технологической силы и повышения предельных возможностей формоизменения.
Штамповка при этом имеет сложных характер деформирования, что приводит к необходимости изучения всех характеристик процесса, которые могут включать [410]:
- Напряжения;
- Деформации;
- Температура заготовки;
- Технологическая сила;
- Повреждаемость материала заготовки;
- Температура инструмента;
- Износ инструмента;
- Скорости деформирования;
- Направления течения материала и пр.
В настоящей работе будут проанализированы первые 4 пункта вышеприведённого списка. Для этого было проведено 2 компьютерных моделирования для штамповки изделия из разных по форме заготовок, которые в сечении представляют собой окружность и пятиугольник. При этом объем, высота и площадь поперечного сечения у заготовок одинаковы.
Были получены максимальная сила процесса, наибольшие температуры материала в заготовке, интенсивности напряжений и деформаций, а также максимальные и минимальные средние напряжения зафиксированные на конечном этапе формоизменения (таблице).
Сводная таблица
Параметры Цилиндрическая заготовка Призматическая заготовка
Сила, кН 600 470
Температура начальная, °С 1100 1100
Максимальная температура заготовки, °С 1126 1118
Интенсивность деформаций 1,37 1,36
Интенсивность напряжений, МПа 248 235
Минимальные сжимающие напряжения, МПа 339 969
Максимальные сжимающие напряжения, МПа 1512 1979
Максимальная температура в деталях практически не отличаются и принимаются приблизительно равными. При анализе интенсивностей деформаций было установлено, что при штамповке призматической заготовки меньше на 1%, что также является погрешностью измерений. Отличие в величине интенсивностей напряжений составляет 5% и оказывается меньше при штамповке пятиугольной, а не круглой заготовки.
Было установлено существенное отличие в технологических силах, так при штамповке призматической заготовки сила ниже почти на 30%, чем при штамповке заготовки цилиндрической формы.
При анализе средних напряжений было установлено, что в полуфабрикате наблюдаются только сжимающие напряжения, поэтому в таблице приведены только минимальные и максимальные сжимающие напряжения. При штамповке призматической заготовки наблюдается большее по величине сжимающие напряжений, как и для
минимального значения, так и для максимального. При этом имеется практически трехкратная разница в значениях минимальных средних напряжений между рассматриваемыми вариантами.
Таким образом, было установлено, что по совокупности исследуемых параметров более оптимально использовать заготовку, в сечении которой имеется пятиугольник, однако такой сортовой прокат является не сталь популярным, как круглый. Поэтому в случае отсутствия сортового проката пятиугольного возможно его замена на круглый.
Список литературы
1. Яковлев С.С. Ковка и штамповка: в 4 т. Т. 4. Листовая штамповка / под общ. ред. С.С. Яковлева; ред. совет: Е.И. Семенов (пред.) и др. М.: Машиностроение, 2010. 732 с.
2. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. Учебник для вузов. 4-е изд. М.: Машиностроение, 1977. 317 с.
3. Пасынков А.А., Гурова О.Ю. Оценка изменения напряжений при изотермическом обжиме с осадкой торца заготовки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 2. С. 498-502.
4. Березина К.А. Изготовление асимметричных изделий выдавливанием // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 2. С. 11-14.
5. Гасанов А.И. Получение нестандартных головок соединительных элементов пластическим деформированием // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 2. С. 21-24.
6. Яковлев С.С. Исследование температуры инструмента при рифлении // Инновации технических решений в машиностроении и транспорте: Сборник статей VIII Всероссийской научно-технической конференции для молодых ученых и студентов с международным участием. Пенза, 17-18 марта 2022 года / под научной редакцией
B.В. Салмина. Пенза: Пензенский государственный аграрный университет, 2022.
C. 266-269.
7. Пасынков А.А., Яковлев Б.С., Матасов И.И. Влияние температурно-скоростных условий на обжим габаритных труб в горячем состоянии // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 5. С. 68-71.
8. Яковлев С.С. Влияние фактора трения на технологическую силу при открытой штамповке // Инициативы молодых - науке и производству: Сборник статей II Всероссийской научно-практической конференции для молодых ученых и студентов, Пенза, 19-20 октября 2021 года. Пенза: Пензенский государственный аграрный университет, 2021. С. 212-213.
9. Алексеев А.В., Хрычев И.С. Прямое холодное выдавливание кольцевой оболочки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 2. С. 14-18.
10. Кухарь В.Д., Яковлев С.С. Исследование процесса получения гидроцилиндров горных машин с повышенными эксплуатационными характеристиками // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2022. Вып. 1.С. 324-331.
Алексеев Александр Владимирович, магистрант, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
STUDY OF HOT VOLUMETRIC FORGING OF A PART WITH A COMPLEX
CROSS-SECTION PROFILE
A.V. Alekseev 440
With the help of computer simulation in the program for the study of stamping processes, the operation of extruding a part with a complex cross-sectional shape is studied. Several main parameters of the process are evaluated numerically: stress intensity, strain intensity, maximum billet temperature, average stresses, minimum and maximum compressive stresses during the part extrusion operation. Their largest or smallest values are given to identify regularities about the influence of the shape factor on the characteristics under study. The results of computer simulation of plastic forming are presented. A feature of the study is that stamping is carried out from blanks of different shapes, which makes it possible to evaluate and identify the best shape of the original blank. Conclusions are drawn about the influence of the shape of the workpiece on the magnitude of stresses, deformations, technological forces, as well as the temperature in the workpiece. In conclusion, we are talking about which workpiece, or rather its original shape, is best used for stamping a part with a complex shape by hot volumetric extrusion.
Key words: extrusion, research, stamping, stresses, deformations, temperature, modeling.
Alekseev Aleksandr Vladimirovich, undergraduate, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-4-441-444
ВЛИЯНИЕ ТРЕНИЯ НА ПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ АСИММЕТРИЧНОЙ ДЕТАЛИ ПЛАСТИЧЕСКИМ ФОРМОИЗМЕНЕНИЕМ
К.А. Березина
В работе рассматривается операция получения детали, не имеющей симметрии, и представляющей собой изделие с дном и выступом на стенке. Оценивается влияние трения на процесс получения такой детали при использовании метода холодного объемного выдавливания в открытом штампе. Штамп в работе ограничен матрицей и пуансоном для выдавливания, то есть всего использовалось 2 инструмента. Заготовка и соответственно деталь выполняются из алюминиевого сплава АМг3. Исследование выполняется с помощью компьютерного моделирования в программе для оценки различных операций обработки металлов давлением. Анализируется влияние трения, а именно коэффициента трения, на технологическую силу процесса, форму конечно полуфабриката, а также на характер деформаций при различных значения величины трения Кулона. Делаются выводы о том, как численно и качественно влияет коэффициент трения Кулона на некоторые характеристики обратного холодного выдавливания цилиндрической алюминиевой заготовки при помощи необходимой штамповой оснастки. Установлены закономерности влияния коэффициента трения на силу, требуемую для формоизменения детали, в которой отсутствует осевая симметрия.
Ключевые слова: сила, штамповка, объемная штамповка, трение, Кулон, нагрузка, течение, пластическая деформация.
Изготовление асимметричных деталей является сложной задачей, и обработка давлением иногда является наилучшим методом получения деталей, не имеющих симметрии, с точки зрения производительности и микроструктуры [1-2]. Это распространяется и на изделия из черных металлов, и на продукцию из цветных.
Такие детали используются в транспортном и общем машиностроении, авиакосмической отрасли, в строительстве и других отраслях и имеют различное назначение, которое может быть: в качестве втулок, крепежных элементов, упоров, опорных элементов и пр.
