CC BY
3
ТЕХНОЛОГИИ И МАШИНЫ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ
УДК 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-4-343-346
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ПРОДОЛЬНЫХ РЕБЕР НА НАРУЖНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ
В.Д. Кухарь, С.С. Яковлев
Пластическим формоизменением металлических заготовок возможно получение деталей самой различной формы, которые выполняют разнообразные задачи в различных отраслях и сферах деятельности человека. В частности, с помощью технологий штамповки возможно изготовление деталей ответственного назначения, которые представляют собой цилиндрические оболочки с дном и наружными продольными ребрами. Такие изделия применяются в аэрокосмической отрасли, машиностроении, электроэнергетике. В данной работе приводится описание новой методики получения таких изделий с помощью вытяжки. Проводится исследование этого процесса с помощью компьютерного моделирования. Оценивается геометрические параметры получаемых изделий и силовых характеристик штамповки при формировании ребер разной высоты на стальной заготовке. Приводятся графики усилия и изображения получаемых изделий после вытяжки. Делаются выводы о том, как степень утонения стенки при вытяжке влияет на усилие формоизменения, форму и высоту полуфабриката после проведения операции. Ставятся цели и задачи на последующие исследования процесса получения ребер на цилиндрических оболочках методом пластического формоизменения вытяжкой.
Ключевые слова: продольные ребра, пластическое формоизменение, обработка давлением, цилиндрическая оболочка, усилие штамповки, сталь, высота изделия.
С помощью технологий штамповки возможно изготовление деталей ответственного назначения, которые представляют собой цилиндрические оболочки с дном и наружными продольными ребрами. Изделия используются в электроэнергетике, машиностроении и авиакосмической отрасли. Ребра выполняют следующие задачи: увеличение теплообмена, повышение жесткости, придание особых аэродинамических свойств изделию и пр. На данный момент существует ряд методов получения таких деталей, которые связаны с применением литья и обработки резанием, а также пластическим формоизменением накатыванием [1-2], вытяжкой [3]. Литье и резание связаны с низкой производительностью. Накатывание также имеет недостаток в виде низкой производительности и ограниченности по числу формируемых ребер из-за особенностей конструкции. Поэтому ставится актуальный вопрос о разработке нового способа получения ребер на наружной поверхности оболочки, исследованию которого посвящена данная работа.
Сущность нового способа заключается в вытяжке с переменным утонением цилиндрического стакана через фасонную матрицу (рис. 1).
Рис. 1. Схема процесса 343
В этом случае происходит вытяжка с переменным утонением стенки, при этом в местах впадин матрицы утонение наименьшее или отсутствует, а в местах выступов рабочего пояска матрицы утонение наибольшее.
Приводятся результаты исследования процесса при помощи компьютерного моделирования [45], в которой осуществляется расчет процесса формирования ребер из стальной цилиндрической заготовки-оболочки. Использовался процесс формирования ребер на заготовке в виде стакана из стали 10 [6] с толщиной стенки 3 мм, высотой 30 мм и наружным диметром 36 мм. При этом рассматривались 4 варианта высоты ребер И: 1 мм, 1,5 мм, 1,7 мм, 2 мм. При этом ширина формируемых ребер была постоянна для всех высот и составляла 2 мм. В данном случае диметр матрицы по впадинам соответствует наружному диаметру заготовки, а диаметр по выступам равен разнице диаметра по впадине и двух глубин впадин. То есть в зоне формируемых ребер утонение не происходило, и толщина стенки в данной области практически не меняется.
С помощью моделирования в программе QForm получены изображения изделий после оребре-ния и их поперечных сечений (рис. 2). [7-10]. Формоизменение проводилось при коэффициенте трения Кулона, равном 0,2.
в г
Рис. 2. Получаемые изделия при: а - Н=1 мм, б - Н=1,5 мм, в - Н=1,7мм, г - Н=2 мм
Установлено, что при получении ребер высотой 2 мм происходит потеря устойчивости заготовки и донная часть отрывается. Также получено, что при оребрении происходит формирование корончатого участка в верхней части получаемого изделия, который в дальнейшем необходимо обрезать. При формировании ребер разной высоты происходит формирование разного по высоте изделия. В данном случае при высоте ребер 1, 1,5, 1,7 мм высота деталей по впадинам коронок соответственно равна 41 мм, 53 мм и 62 мм.
Графики усилий штамповки при формировании ребер на наружной поверхности заготовок представлены на рис. 3.
В начале графике происходит подвод пуансона с заготовкой к матрице, после чего происходит начало процесса формоизменения с резким скачком усилия и последующей стационарной стадией пластического формоизменения. Усилия и ход пуансона отличаются при разных высотах формируемых продольных ребер. При этом усилие при получении ребер высотой 1 мм и 1,7 мм отличается более, чем на 30%.
Для оценки максимальных усилий было составлено уравнение квадратичной регрессии, полученной методом наименьших квадратов:
71 71
Р = 163,5697 — 1Ы121.
к
б
Технологии и машины обработки давлением
Рис. 3. Усилие формирования ребер
Таким образом установлено, что с увеличением высоты ребер, то есть при увеличении глубины впадин увеличивается усилие штамповки, увеличивается высота изделия и степень корончатости края.
Дальнейшие исследования будут направлены на изучение напряженного и деформированного состояний, качества получаемого изделия, повреждаемости и вероятности дефектообразования, а также на оценку влияния других факторов на процесс.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-29-20212, https://rscf.ru/project/22-29-20212/, и Правительства Тульской области.
Список литературы
1. Патент № 2580777 C1 Российская Федерация, МПК B21C 37/20. Способ изготовления труб со спиральными ребрами из химически активных металлов и сплавов: № 2014144381/02: заявл. 31.10.2014: опубл. 10.04.2016 / А.П. Анисимов, В.В. Антипов, В.Н. Копылов [и др.]; заявитель Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" (ОАО ЧМЗ).
2. Патент № 2147477 C1 Российская Федерация, МПК B21D 15/04, B21D 11/06. устройство для изготовления труб с многозаходными винтовыми гофрами: № 98122879/02: заявл. 23.12.1998: опубл. 20.04.2000 / И.Н. Лыткин, Е.Ю. Кошелева, А.А. Мишулин, А.Н. Шляхин.
3. Ларин С.Н., Яковлев С.С., Хрычев И.С. Получение изделий с наружными ребрами пластическим деформированием // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. Вып. 1. С. 534-537.
4. Алямовский А.А. SolidWorks 2007/2008. Компьютерное моделирование в инженерной практике. СПб.: BHV, 2008. 1040 c.
5. Никитин А.В. Компьютерное моделирование физических процессов. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2011. 679 c.
6. Зубченко А.С. Марочник сталей и сплавов. М.: Машиностроение, 2006. 784 c.
7. Платонов В.И. К расчету напряжений при раздаче в условиях вязкопластичности // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 8. С. 497-500.
8. QForm 2D/3D Программа для моделирования процессов обработки металлов давлением Версия VX. Часть 2. Руководство пользователя. «КванторФорм», 2018. 431 с.
9. Петров М.А., Елесин Д.А., Екимов Д.А. Оценка степени износа инструмента для холодной объёмной штамповки экспериментальными и численными методами // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 9. С. 366-376.
10. 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.
Кухарь Владимир Денисович, д-р техн. наук, профессор, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Яковлев Сергей Сергеевич, аспирант, yakovlev-ss-science@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
INVESTIGATION OF THE PROCESS OF OBTAINING LONGITUDINAL RIBS ON THE OUTER SURFACE
OF A CYLINDRICAL SHELL
V.D. Kukhar, S.S. Yakovlev 345
Plastic forms of metal blanks are possible forms of various forms, which include various tasks in a wide variety of forms of human activity. In particular, with the help of stamping technologies, it is possible to manufacture critical parts that are used on cylindrical bodies with longitudinal and external longitudinal ribs. Such products are used in the aerospace industry, mechanical engineering, and the electric power industry. This paper describes a new procedure for obtaining such products using drawing. This process is being studied with the help of computer simulation. The geometric evaluation of the performance of products and the characteristics of power forgings is estimated by the number of ribs of different heights on a steel billet. Growth in production volumes and production volumes after drawing. Tumors are made about how the degree of thinning of the colon during extraction is noticeable on the increase in shape change, shape and semi-finished growth after the operation. Goals and objectives are set for the subsequent study of the process of obtaining cylindrical coatings by the method ofplastic forming by drawing.
Key words: longitudinal ribs, plastic forming, pressure treatment, cylindrical shell, stamping reinforcement, steel, product height.
Kukhar Vladimir Denisovich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Yakovlev Sergey Sergeevich, postgraduate, yakovlev-ss-science@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State
University
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-4-346-349
ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛОВЫХ РЕЖИМОВ ПРОЦЕССА ХОЛОДНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
АЛЮМИНИЕВОЙ ЗАГОТОВКИ
Д.И. Кондаков
Штамповка - это один из наиболее распространенных методов металлообработки, который позволяет получать детали сложной формы из разных по форме заготовок. Одним из основных факторов, влияющих на процессы штамповки, является трение, которое оказывает воздействие на технологические параметры процессов, качество деталей, долговечность инструментов и пр. Поэтому анализ процессов обработки металлов давлением с точки зрения влияния трения и других факторов на технологическую силу штамповки является важной задачей для улучшения технологий получения металлических изделий. В данной работе проводится анализ технологических сил при разных факторах холодного прямого выдавливания алюминиевой заготовки: коэффициенте трения и размере рабочей кромки матрицы вытяжки. Приводятся результаты компьютерного моделирования по максимальным значениям усилий при варьируемых факторах, приводится трехмерная диаграмма того, как влияют исследуемые параметры на силу. Делаются выводы по целям и задачам работы, связанным с изучением технологической силы при холодном выдавливании.
Ключевые слова: холодная штамповка, машиностроение, компьютерное моделирование, объемная штамповка, технологическая сила.
Одним из основных факторов, влияющих на процессы обработки металлов давлением, является трение, которое возникает между рабочими поверхностями штампа и материала (из которого изготавливается деталь), и может оказывать существенное влияние на процесс штамповки [1-2]. Трение влияет на процесс штамповки, вызывая увеличение силы необходимой для деформации материала, увеличение неравномерности распределения напряжений и деформаций, ухудшение точности и качества поверхности, повышение износа инструмента в процессе его использования [3]. Все это может привести к тому, что итоговый продукт получится не такой, каким задумывался, а также увеличится количество брака и затрат на производство.
Для снижения влияния трения на процессы штамповки можно применять различные методы. Один из основных заключается в использовании специальных масел и смазок, которые снижают коэффициент трения между рабочими поверхностями [4]. Однако, выбор подходящего масла или смазки зависит от материала детали и для каждой операции подбирается отдельно. Вторым вариантом является оптимизация формы инструмента для снижения площади контакта заготовки с рабочими поверхностями [5].
