CC BY
6
УДК 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-359-361
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ПРОДОЛЬНЫХ РИФЛЕЙ НА ВНЕШНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ЗАГОТОВКИ
С.С. Яковлев
Рифли могут быть спиральными, продольными, поперечными, сетчатыми и с другими формами, однако наиболее распространены продольные и спиральные. Они выполняют одинаковую функцию, но в разных конкретных случаях могут лучше подходить для решения поставленных задач. Такие рифли, могут выполняться на разную глубину, поэтому актуальной и важной задачей является оценка возможности продольного рифления на разную глубину, причем исследовать необходимо разные характеристики включая технологическое усилие, напряженное и деформированное состояние, повреждаемость, качество, форма изделия. Все эти характеристики важны, но в рамках одной работы оценить их не получится, поэтому первым этапом является исследование технологической силы и формы получаемого изделия при продольном рифлении детали типа стакан. Приводятся полученные компьютерным моделированием изображения изделий с продольными рифлями, сформированными на разную глубину вытяжкой с локальным утонением стенки, а также графики технологической силы. Делаются выводы о возможности продольного рифления оболочек на разную глубину.
Ключевые слова: продольные рифли, рифление, стальные оболочки, технологический процесс.
Рифление может проводиться как на внутренней, так и на внешней поверхности цилиндрической оболочки (трубы, стакана и пр.) [1-2]. Получаемые рифли имеют одинаковое целевое назначение, а именно концентрация напряжений, каналы для подведения СОЖ, увеличение тепловыделения за счет большей площади поверхности. Очень часто такие рифли выполняются в виде спиралей с различным углом подъема, а также могут формироваться сетки спиральных рифлей. Однако рифли могут быть продольными и поперечными, они выполняют такую же функцию, что и спиральные, но в разных конкретных случаях могут лучше подходить для решения поставленных задач.
Основным способом получения продольных рифлей является пластическое формоизменение, так как оно является наиболее производительным и простым способом, которое можно автоматизировать и механизировать. Получение продольных рифлей аналогично получению спиральных и заключается в проталкивании пуансоном цилиндрической оболочки через матрицу с выступами [3]. При этом реализуется вытяжка с локальным утонением стенки, при котором формируются впадины на внешней поверхности оболочки. Такие впадины, то есть рифли, могут выполняться на разную глубину, поэтому актуальной и важной задачей является оценка возможности продольного рифления на разную глубину, причем исследовать необходимо разные характеристики включая технологическое усилие, напряженное и деформированное состояние, повреждаемость, качество, форма изделия. Все эти характеристики важны, но в рамках одной работы оценить их не получится, поэтому первым этапом является исследование технологической силы и формы получаемого изделия при продольном рифлении детали типа стакан.
0 и о
а -1 мм; б -1,5 мм; в - 2 мм
Данное исследование будет проведено с помощью компьютерной программы QForm [4-10], в которой будет выполнено моделирование рифления. Продольное рифление будет проводиться на глубину 1, 1,5 и 2 мм, на оболочке из стали 10 с толщиной стенки 3 мм и внешним диаметром 36 мм. Количество
359
Известия ТулГУ. Технические науки. 2022. Вып. 9
рифель составляло 12 шт, а их форма представляла собой треугольник с углом при вершине 60°. Особенностью процесса являлось то, что между внешней поверхностью заготовки и рабочим пояском матрицы существовал зазор 0,5 мм, таким образом деформирование проводилось только выступами матрицы.
В результате моделирования были получены изображения изделий после рифления (рис. 1).
При продольном рифлении по данной технологии (при которой происходит локальное утонение стенки) происходит верхний наплыв материала (корончатость) в области рифель. Получаемая коронча-тость удаляется на следующем этапе механической обработкой. Также стоит отметить, что боковой наплыв материала практически отсутствует. При этом внешне различимые дефекты не наблюдаются.
Следующим этапом является оценка технологической силы рифления (рис. 2).
Максимальная технологическая сила при продольном рифлении на глубину 1 мм составила примерно 30 кН, на глубину 1,5 мм - 50 кН, 2 мм - 70 кН. Таким образом повышение глубины рифления с 1 до 2 мм приводит к увеличению технологической силы более чем в 2,3 раза.
Увеличение технологической силы при увеличении глубины рифления связано с повышением
площади поперечного сечения образца, которая подвергается пластическому формоизменению, при этом также увеличивается площадь контакта заготовки с инструментом, что увеличивает силу трения.
1мм -1,5мм -2мм
30 70 60 i 50 » 40 5 зо 20 10
\
\
ГА
\ \ 1
Л \
f \ \
0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Перемещение, мм 45
Рис. 2. График технологической силы продольного рифления на глубину:
а -1 мм; б -1,5 мм; в - 2 мм
Таким образом было установлено, что получение продольных рифлей также возможно с применением локального пластического утонения стенки при вытяжке. Во время рифления может возникать корончатость торцевой части изделия, которая убирается последующей механической обработкой. Бокового наплыва материала или потери устойчивости не наблюдается. При этом технологическая сила рифления значительно зависит от глубины рифления, что связано с изменением объема очага деформирования.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-29-20212, https://rscf.ru/proiect/22-29-20212, и Правительства Тульской области.
Список литературы
1. Патент № 2755137 C1 Российская Федерация, МПК B21C 37/20, B21J 5/12. Способ получения рифлей ромбовидной формы на наружной и внутренней поверхностях цилиндрической оболочки: № 2020140223: заявл. 07.12.2020: опубл. 13.09.2021 / С.С. Яковлев, В.А. Коротков, С.Н. Ларин [и др.]; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет".
2. Патент № 2753075 C1 Российская Федерация, МПК B21K 21/00, B21J 5/12, B21D 17/02. Устройство для получения рифлей ромбовидной формы на наружной и внутренней поверхностях цилиндрической оболочки: № 2020140669: заявл. 08.12.2020: опубл. 11.08.2021 / С.С. Яковлев, В.А. Коротков, С.Н. Ларин [и др.]; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет".
3. Патент № 2655555 C1 Российская Федерация, МПК B21C 37/20, B21J 5/12, B21J 13/02. Способ формирования рифлей ромбовидной формы на наружной поверхности цилиндрической оболочки: № 2017117127: заявл. 16.05.2017: опубл. 28.05.2018 / Ю.А. Иванов, В.А. Коротков, В.Д. Кухарь [и др.]; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ).
4. 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.
5. Pasynkov A.A., Larin S.N. Simulation of the process of isothermal backward extrusion of a thick-walled hollow billet // Journal of Physics: Conference Series, Saint Petersburg, 2021. P. 012024.
6. QForm - универсальная и эффективная программа для моделирования ковки и штамповки / Н.В. Биба, С.А. Стебунов, Ю.А. Гладков, П.С. Мордвинцев // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2011. № 1. С. 36-42.
7. Skripalenko M.M., Skripalenko M.N. On choosing software for simulating metal-forming processes // Metallurgist. 2013. Vol. 57. No 1-2. P. 3-7.
8. Стебунов С.А., Гладков Ю.А. Q form 9 - программа для моделирования процессов обработки давлением металлических материалов // Инновационные технологии и технические средства специального назначения: Труды XII общероссийской научно-практической конференции. В 3-х томах. Санкт- Петербург: Балтийский государственный технический университет «Военмех», 2020. С. 98-99.
9. Коротков В.А., Чижов И.А., Архипцев А.С. Влияние последовательности переходов при вытяжке с локальным утонением на силовые параметры и напряжённо-деформируемое состояние // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 11. С. 503-511.
10. Сулейман А.А., Шубин И.Н. Влияние коэффициента трения на формоизменение трубной заготовки при совмещенной операции обжима и раздачи // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2013. № 6. С. 53-59.
Яковлев Сергей Сергеевич, аспирант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
STUDY OF THE PROCESS OF OBTAINING LONGITUDINAL RIFLES ON THE EXTERNAL SURFACE OF THE BLANK
S.S. Yakovlev
Rifles can be spiral, longitudinal, transverse, mesh and other shapes, but the most common are longitudinal and spiral. They perform the same function, but in different specific cases, they may be better suited for solving the tasks. Such corrugations can be performed at different depths, therefore, an actual and important task is to assess the possibility of longitudinal corrugation to different depths, and it is necessary to investigate different characteristics, including technological force, stress and strain, damage, quality, product shape. All these characteristics are important, but within the framework of one work it will not be possible to evaluate them, therefore, the first stage is the study of the technological strength and shape of the resulting product during longitudinal corrugation of a glass-type part. The images obtained by computer simulation ofproducts with longitudinal corrugations formed at different depths by drawing with local wall thinning, as well as graphs of technological force are presented. Conclusions are drawn about the possibility of longitudinal corrugation of shells to different depths.
Key words: longitudinal corrugations, corrugation, steel shells, technological process.
Yakovlev Sergey Sergeevich, postgraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State
University
УДК 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-361-366
ОЦЕНКА КАЧЕСТВА И НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ШВОВ ПОСЛЕ ХОЛОДНОЙ СВАРКИ ДАВЛЕНИЕМ
Д.А. Левачева
В ходе проведения экспериментальных исследований выполнена эмпирическая оценка качества и несущей способности сварных швов алюминиевой проволоки после холодной сварки внахлестку, а также проведено сравнение полученных результатов с результатами растяжения образцов без сварки. Испытания проводились на разрывной машине типа INSTRON, с помощью которой были установлены предельное растяжение, максимальная нагрузка и максимальное напряжение при растяжении образцов толщиной 2,5 мм и 3,5 мм. Установлены зависимости величины нагрузки от величины растяжения образца. Выявлен характер разрушения образцов, которое происходило по периметру сварной точки, что является свидетельством хорошего качества сварки. Выполнено сравнение полученных результатов на растяжение с имеющимися данными в технической литературе, в ходе которого установлено их количественное и качественное соответствие.
Ключевые слова: сварка давлением, алюминиевый провод, образец, максимальная нагрузка, растяжение, максимальное напряжение.
Холодная сварка пластическим деформированием широко используется в машиностроении для изготовления стальных прутков, проволок, герметичных капсул и ёмкостей, биметаллического проката, а также электрических шин на транспорте и др. [3, 4].
Большой интерес для машиностроительной промышленности и электромонтажного производства (особенно в огнеопасной и взрывоопасной средах) представляет получение холодной сваркой прочных и надежных соединений алюминия [6, 7].
