CC BY
6
Larina Marina Viktorovna, candidate of technical sciences, docent, Russia, Tula, Tula State University, Tregubov Victor Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.77
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-354-356
ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПРИ КОМБИНИРОВАННОМ ВЫДАВЛИВАНИИ ЛАТУННОЙ ЗАГОТОВКИ
Я.В. Грибачев
Металлы и сплавы на их основе являются теми материалами, которые наиболее часто встречаются в различных отраслях промышленности, включая машино-, судо-, авиастроение, строительство, пищевая промышленность. В том числе используются и сплавы из цветных металлов, например, латунь. В связи с тем, что латунь является относительно дорогим материалом, то вопрос об эффективном ее использовании стоит остро, поэтому часто в качестве метода обработки этого материала используют обработку давлением, которая отличается низким отходом материала, в том числе данный метод применим потому что латунь хорошо поддается пластическому формоизменению. Поэтому в данной статье рассматривается вопрос об изготовлении методами обработки давлением, точнее выдавливанием, трубного полуфабриката с фланцевой частью, то есть изделия типа втулка. Рассматривается напряженно-деформированное состояние и анализируются интенсивности деформаций, интенсивности напряжений, средние напряжения в полуфабрикате при разной температуре инструмента и холодной заготовке. Делаются выводы о том, как влияет температура инструмента на напряженно-деформированное состояние в материале заготовки.
Ключевые слова: заготовка, деформации, комбинированное выдавливание, состояние, температура, инструмент, напряжения.
Металлы и сплавы на их основе являются теми материалами, которые наиболее часто встречаются в различных отраслях промышленности, включая машино-, судо-, авиастроение, строительство, пищевая промышленность. Это обусловлено физико-химическими и механическими характеристиками, так как за счет объединения различных металлов в сплаве, последний может получать самые различные качества [1-5]. В том числе используются и сплавы из цветных металлов, например, латунь. В связи с тем, что цветные металлы имеют высокую стоимость, в том числе латунь является относительно дорогим материалом, то вопрос об эффективном ее использовании стоит остро, поэтому часто в качестве метода обработки этого материала используют обработку давлением, которая отличается низким отходом материала, в том числе данный метод применим потому что латунь хорошо поддается пластическому формоизменению.
Ковочно-штамповочные процессы отличаются от резки, литья, электрохимических методов получения изделий, помимо высокого коэффициента используемого материала, еще и высокой скоростью изготовления. Поэтому в процессе штамповочного производства может произойти следующее: в результате трения и деформаций материал заготовки нагревается, при этом повышается температура и инструмента, которым осуществляют формоизменение, в результате быстрой штамповки и быстрой смены заготовки, последняя начинает нагреваться от инструмента. Такой нагрев заготовки может привести к изменению механических характеристик штампуемого материала, что может повлиять на конечные характеристики изделия. Поэтому в данной работе рассматривается такая ситуация и анализируется напряженно-деформированное состояние материала при его штамповке: холодным инструментом, инструментом подогретым до 500°С и до 1100°С. Работа выполнена с помощью компьютерного моделирования [6-10], осуществляемого в программе QForm. Штамповалась методом бокового и прямого выдавливания цилиндрическая заготовка со сквозным отверстием из сплава Л90 с целью получения осесимметричного изделия со сквозным отверстием и фланцевой частью. Таким образом были получены схемы распределения интенсивности деформаций (рис. 1), интенсивности напряжений (рис. 2) и средних напряжений (рис. 3).
При анализе влияния температуры инструмента на деформации в заготовке, было установлено, что интенсивность деформаций одинакова для всех рассматриваемых случаев, то есть совпадают величины и их распределение по заготовке, как на внешней ее поверхности, так и в сечениях. Максимальная величина интенсивности деформаций составляет 3,2.
В отличие от деформаций, напряженное состояние в материале меняется в зависимости от температуры. Однако при 500°С и 1100°С инструмента разницы практически нет, поэтому приведены изображения напряжений (рис. 2, 3) только для 20°С и 1100°С. При штамповке прогретым инструментом интенсивность напряжений достигает 300 МПа, при этом при холодном инструменте этот параметр достигает 450 МПа, что на 50% выше.
Технологии и машины обработки давлением
Рис. 1. Интенсивность деформаций
а б
Рис. 3. Средние напряжения (МПа) при температуре инструмента 20°С (а) и 1100°С (б)
Было установлено, что во фланцевой части преобладают сжимающие напряжения, а в выдавленной растягивающие, которые достигает 200 МПа, во фланцевой же части при деформировании холодным инструментом сжимающие напряжения выше и достигают 2000 МПа, при горячем инструменте - 1000 МПа.
В результате исследования установлено, что температура инструмента при комбинированном выдавливании практически не влияет на деформированное состояние в заготовке, но оказывает существенное влияние на интенсивность напряжений и средние напряжения. Так штамповка горячим инструментом снижает максимальную интенсивность напряжений примерно на 30%.
Список литературы
1. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюшин и др.; под редакцией Г.П. Фетисова. М.: Высшая школа, 2001. 638 с.
2. Яковлев С.П., Калашников А.Е., Яковлев С.С. Складкообразование анизотропной листовой заготовки при вытяжке // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2010. Вып. 1. С. 78-88.
3. Яковлев С.С., Трегубов В.И., Яковлев С.П. Ротационная вытяжка осесимметричных деталей с разделением очага пластической деформации // Заготовительные производства в машиностроении. 2009. № 12. С. 15-22.
4. Черняев А.В., Корнюшина М.В., Чудин В.Н. Технологические режимы прошивки-калибровки при локальном нагреве // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2022. № 4(130). С. 13-17.
5. Ларин С.Н. Оценка влияния геометрических характеристик обратного выдавливания трубных заготовок на качество изделий // Отечественный и зарубежный опыт обеспечения качества в машиностроении: III Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием, Тула, 06-08 апреля 2022 года. Тула: Тульский государственный университет, 2022. С. 123-125.
6. Пасынков А.А., Яковлев Б.С. Теоретические исследования процесса обжима цилиндрических заготовок в условиях вязкопластического течения материала // Заготовительные производства в машиностроении. 2022. Т. 20. № 5. С. 213-217.
7. Яковлев С.С., Чижов И.А., Архипцев А.С. Влияние числа клиновых спиральных выступов матрицы на неоднородность поля напряжений и деформаций при вытяжке с локальным утонением // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 12. С. 256-259.
8. Яковлев С.С., Чижов И.А., Архипцев А.С. Влияние угла подъёма клиновых спиральных выступов матрицы на неоднородность поля напряжений и деформаций при вытяжке с локальным утонением // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 12. С. 247-250.
9. Алексеев А.В. Штамповка фасонных изделий из разных по геометрии заготовок // Инновации технических решений в машиностроении и транспорте // Сборник статей VIII Всероссийской научно-технической конференции для молодых ученых и студентов с международным участием / Под научной редакцией В.В. Салмина. Пенза: Пензенский государственный аграрный университет, 2022. С. 7-9.
10. Грибачев Я.В. Влияние трения на деформированное состояние при штамповке // Инновации технических решений в машиностроении и транспорте // Сборник статей VIII Всероссийской научно-технической конференции для молодых ученых и студентов с международным участием / Под научной редакцией В.В. Салмина. Пенза: Пензенский государственный аграрный университет, 2022. С. 57-60.
Грибачев Ярослав Васильевич, магистрант, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
INVESTIGATION OF THE STRESS-STRAIN STA TE IN THE COMBINED EXTR USION OF A BRASS BLANK
Y.V. Gribachev
Metals and alloys based on them are the materials that are most often found in various industries, including machine building, ship building, aircraft building, construction, and the food industry. Non-ferrous metal alloys, such as brass, are also used. Due to the fact that brass is a relatively expensive material, the question of its effective use is acute, therefore, pressure treatment is often used as a processing method for this material, which is characterized by low material waste, including this method is applicable because brass lends itself well to plastic shaping. Therefore, this article discusses the issue of manufacturing by pressure treatment, more precisely by extrusion, a pipe semi-finished product with a flanged part, that is, a sleeve-type product. The stressstrain state is considered and the strain intensities, stress intensities, average stresses in the semi-finished product at different temperatures of the tool and cold workpiece are analyzed. Conclusions are drawn about how the tool temperature affects the stress-strain state in the workpiece material.
Key words: billet, deformations, combined extrusion, state, temperature, tool, stresses.
Gribachev Yaroslav Vasilevich, student, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-356-359
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБРАТНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
Л.В. Каркач
Обработка металлов давлением представлена широким набором операций и способов формоизменения, при этом каждой операции соответствует определенный набор ковочно-штамповочного оборудования. Каждая из машин для проведения операций обработки давлением имеет свои ключевые особенности и не всегда на одном и том же оборудовании можно применять разные операции. Поэтому в данной работе приводится классификация ковочно-штамповочного оборудования, описываются функциональные возможности. Описываются конструктивные особенности некоторых машин. При помощи компьютерного моделирования проводится исследование процесса обратного горячего выдавливания стальной заготовки с фланцем и вертикальной стенкой. Приведены формы получаемых изделий, полученные по результатам компьютерного моделирования в программе конечно-элементного анализа. В работе представлены графики технологического усилия штамповки полуфабриката, выполненного с применением разных по форме формоизменяющих инструментов. Делаются выводы о возможности применения такого метода и инструмента для штамповки требуемой детали.
Ключевые слова: объемная штамповка, оборудование, кузнечно-прессовое оборудование, операция, обработка.
Операции обработки металлов давлением осуществляют с использованием специализированного оборудования, которое необходимо для придания металлической заготовке требуемой формы [1-3]. Различают несколько видов кузнечно-прессового оборудования, отличающегося между собой техническими характеристиками, размерами и сферой применения. Существует 4 основных групп таких машин:
356
