CC BY
5
8. Liu S., King M. J. Improved calculation of effective permeability for pore network models using the diffuse source methodology // 81st EAGE Conference and Exhibition. London, England, UK. 3-6 June. 2019. P. 1-19.
9. Pan Y., Medhat M.K., Wayne N. Fieldwide determination of differential permeabilities using transient well testing // SPE Reservoir Evaluation & Engineering, May. 2019. Vol. 22. P. 1-11.
10. Korovin M.O. Methodology for quantitative assessment of lateral anisotropy of filtration-capacitive properties of terrigenous reservoirs based on a complex analysis of geological and geophysical data: dis. ... candidate of geol.- mineral sciences. Tomsk, 2017. 108 p.
УДК 622-1/-9; 621.983 DOI 10.46689/2218-5194-2022-2-1-332-339
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ РИФЛЕЙ
НА НАРУЖНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ
ОБОЛОЧКИ
В.Д. Кухарь, С.С. Яковлев
Исследуется способ получения рифлей на наружной поверхности цилиндрической оболочки с помощью редуцирования. Описываются разновидности изготовления деталей редуцированием. Приводятся результаты компьютерных моделирований. Основное внимание уделяется разновидностям редуцирования и их влиянию на формование рифлей на наружной поверхности полуфабриката, а также на технологическую силу процесса формования рифлей. Анализируются особенности формирования рифленой поверхности в зависимости от разновидностей редуцирования, которые определяются размерами зазоров между пуансоном и фасонной матрицей. Приводятся изображения получаемых изделий в процессе деформирования, а также графики технологических сил проведенных операций. Результаты получены с помощью метода конечных элементов в программе QFORM. Делаются выводы о возможности применения того или иного способа формирования рифлей редуцированием в зависимости от зазора между заготовкой и впадиной фасонной матрицы. На основании анализа течения материала и силовых нагрузок, устанавливается целесообразность применения различных видов редуцирования.
Ключевые слова: горные машины, рифление, рифли, пластическая деформация, компьютерное моделирование, редуцирование, технологическая сила, метод, локальное формоизменение, цилиндрическая оболочка.
Введение
В горнодобывающей промышленности используется широкая номенклатура изделий, в том числе и с рифленой поверхностью [1]. Получение таких деталей весьма сложное, т.к. требуется специальное оборудование или инструмент. При этом рифление наружной поверхности оболочки может проводиться разными методами, однако наиболее производительным является операция редуцирования оболочки пуансоном через фасонную матрицу [2]. Механика деформирования при реализации способа
очень сложна и требует всестороннего анализа, который включает изучение технологической силы, формы конечного изделия, характера течения материала и других параметров процесса. Существует ряд работ, посвященных изучению формоизменения листовых заготовок [3 - 6] и при объемной штамповке [7 - 10], однако изучение рифления не представлено широко в связи с уникальностью технологии.
Особенно актуально такое исследование в связи с тем, что с помощью редуцирования не исследовалась возможность получения рифлей на наружной поверхности оболочки. Для того чтобы на наружной поверхности оболочки формовались рифли, необходимо применять фасонную матрицу 2 (рис. 1) на рабочем пояске которой имеются выступы заданной формы и высоты (рис. 1).
Рис. 1. Взаимное расположение заготовки 1, матрицы 2 и пуансона 3
Глубина рифлей будет зависеть от зазора Ъ между наружной поверхностью заготовки 1 и фасонной матрицей 2. Если 2>0, но меньше И, глубина рифлей к=Ии будет осуществляться локальное пластическое формоизменение в стенке заготовки и течение материала в осевом направлении на локальном участке. Если Ъ=0, то происходит локальное утонение стенки заготовки и материал неравномерно течёт вверх по всему периметру. При этом глубина рифлей к=И. Если Ъ<0, реализуется редуцирование с неравномерным утонением стенки заготовки по периметру и неравномерным течением материала вверх, получением полуфабриката большей высоты, на наружной поверхности которого формируются рифли глубиной И.
Все эти разновидности редуцирования принципиально отличаются характером пластического течения материала, поэтому их анализ представляет собой важную и актуальную задачу
Материалы и методы
При реализации способа применяется штамповая оснастка, которая для компьютерного моделирования может быть упрощена до 3 элементов: заготовка, матрица, пуансон (рис. 2). Для получения спиральных рифлей с углом подъёма а заготовка редуцировалась в матрицу под воздействием ступенчатого пуансона 3, одновременно перемещаясь поступательно и вращаясь вокруг оси. Составляющая силы вращения возникала в зависимости от силы редуцирования, угла наклона выступов фасонной матрицы и величины зазора Z. Для моделирования рифления в программе QFORM проведения исследования был проведен ряд. В данной работе рассматриваются зазоры: Z=0,5 мм, Z=0, Z=-0,2 мм и Z=-0,5 мм. Выступ фасонной матрицы составляет h=1,775 мм, что соответствует половине толщины заготовки. Отрицательные зазоры обеспечиваются увеличением толщины стенки заготовки (внутренний диаметр остается неизменным) при сохранении размеров фасонной матрицы.
1
2
Рис. 2. Модель штамповой оснастки для компьютерного расчета: 1 - заготовка; 2 - матрица; 3 - пуансон
Заготовка - цилиндрическая полая оболочка из стали 10. Обработка проходила при нормальной температуре с учётом влияния на механические свойства материала температуры, повышающейся в результате пластического деформирования и трения,
Результаты
Как показало моделирование при различных зазорах, этот фактор оказывает решающее влияние на формирование рифлей, размеры и форму полуфабриката.
На рис. 3 показаны этапы формирования рифлей при зазорах 0 (рис. 2, а), 0,5 мм (рис. 2, б), -0,2 мм (рис. 2, в), -0,5 мм (рис. 2, г).
в г
Рис. 3. Этапы формоизменения
Было установлено, что при зазорах Ъ=0,5 мм и Ъ=0 получены полуфабрикаты с рифлями заданной глубины к=1,25 мм и к=1,775 мм с сохранением цилиндрической формы полуфабриката (рис. 3, а, б). При отрицательных зазорах, когда редуцирование осуществлялось по всему периметру заготовки из-за увеличения технологической силы, возникала потеря устойчивости стенки заготовки, что препятствовало формированию рифлей на её поверхности. Таким образом, отрицательный зазор не позво-
ляет получить редуцированием рифли на внешней поверхности цилиндрической заготовки. Поэтому силовые параметры процесса редуцирования при отрицательных зазорах не исследовались, а исследовались силовые параметры при зазоре 0 и 0,5 мм. На рис. 4 приведены графики редуцирования с локальным пластическим деформированиям при данных зазорах.
зоо
I
^ 250
СО
I 200
1 150
и
0)
1 100
2 50
о
5 а
£
н о
-1=0 1=0,5
Рис. 4. График технологической силы при разных зазорах
Из графика видно, что при зазоре 0,5 мм график имеет стационарную площадку, и максимальная сила составляет 50 кН. При 7=0 график силы постоянно растет из-за образующегося наплыва, и максимальная сила увеличивается в 5 раз и составляет 250 кН.
Выводы
В результате исследования можно сделать следующие выводы.
1. Изготовление цилиндрических оболочек без дна при отрицательном зазоре 7, при которой происходит неравномерное редуцирование по периметру, невозможно из-за потери устойчивости стенки заготовки.
2. При 7=0 технологическая сила формоизменения выше в 5 раз, чем при 7=0,5 мм.
3. При 7=0 и при 7=0,5 мм получается требуемый полуфабрикат с необходимой глубиной формируемых рифлей.
Дальнейшие исследования будут направлены на исследования напряженного и деформированного состояния, повреждаемости, температуры и других параметров процесса.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-29-20212, https://rscf.ru/project/22-29-20212/ и Правительства Тульской области.
10 20 30 40 50 60 70 30
Перемещение пуансона и заготовки, мм
Список литературы
1. Евневич А. В. Горные траспортные машины. М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по угольной промышленности, 2016. 406 а
2. Яковлев С. С., Архипцев А. С., Павлушин В. О. Влияние конструктивных особенностей матрицы на неоднородность поля напряжений и деформаций при нанесении сетки рифлей // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. № 5. С. 325-329.
3. Яковлев С. С. , Коротков В. А. Определение силовых параметров на последующей операции вытяжки с утонением и интенсивной пластической деформацией // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2017. № 10. С. 40-43.
4. Яковлев С. С. Оценка влияния геометрии инструмента на напряжения в заготовке и силу при раздаче // XLШ Гагаринские чтения: материалы междунар. молодежной науч. конф. Секция "Механика и моделирование материалов и технологий", Москва, 05-20 апреля 2017 года. М.: Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук, 2017. С. 88.
5. Черняев А. В., Коротков В. А., Нгуен В. Т. Исследования технологической силы разделительных операций многослойных материалов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки.
2021. № 9. С. 475-480.
6. Демин В. А., Ларин С. Н. Современные направления и перспективы развития технологий обработки металлов давлением в машиностроении // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2021. № 8(122). С. 3-11.
7. Березина К. А. Изготовление асимметричных изделий выдавливанием // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. № 2. С. 11-14.
8. Пасынков А. А., Трегубов В. И., Хрычев И. С. Прямое выдавливание титановой трубы в инструмент с коническим рабочим профилем // Известия Тульского государственного университета. Технические науки.
2022. № 2. С. 34-37.
9. Жерносек, В. Н. Анализ напряжений и деформаций в процессе комбинированного выдавливания металлической заготовки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. № 9. С. 470-472.
10. Пасынков А. А., Матасов И. И., Яковлев Б. С. Изотермическое деформирование корпусных изделий с Толстым дном в цилиндрическую матрицу // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. № 5. С. 457-461.
Кухарь Владимир Денисович, д-р техн. наук., проф., зав. кафедрой, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Яковлев Сергей Сергеевич, асп., yakovlev-ss-science@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
INVESTIGATION OF THE PROCESS OF RIFLETING THE OUTER SURFACE
OF A CYLINDRICAL SHELL
V.D. Kukhar, S.S. Yakovlev
The work is devoted to the study of a method for obtaining grooves on the outer surface of a cylindrical shell due to drawing with local thinning. The technique and varieties of parts manufacturing are described. The results of a series of computer simulations are presented. The main emphasis in the article is on the stages of forming a semi-finished product, as well as on the technological strength of manufacturing. The article clarifies the features of the formation of a corrugated surface depending on the gaps, which fundamentally change the pattern of shape change and material flow. Images of the obtained products and shape changes in the process of deformation, as well as graphs of the technological forces of the operations performed are given. The results were obtained using the finite element method in the QFORM program. Conclusions are drawn about the possibility of using one or another method of forming a corrugation, depending on the gap between the workpiece and the cavity of the shaped matrix. Based on the analysis of the flow of material and power loads, it is established which of the methods it is advisable to apply.
Key words: mining machines, corrugation, corrugations, plastic deformation, computer simulation, technological force, method, local deformation, cylindrical shell.
Kukhar Vladimir Denisovich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Yakovlev Sergey Sergeevich, postgraduate, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
Reference
1. Evnevich A.V. Mining transport machines. M.: State Scientific and Technical Publishing House of Literature on the coal industry, 2016. 406 p.
2. Yakovlev S. S., Arkhiptsev A. S., Pavlushin V. O. The influence of structural features of the matrix on the inhomogeneity of the field of stresses and deformations when applying a grid of riffles // Proceedings of Tula State University. Technical sciences. 2019. No. 5. pp. 325-329.
3. Yakovlev S. S., Korotkov V. A. Determination of power parameters at the subsequent extraction operation with thinning and intensive plastic deformation // Forging and stamping production. Processing of materials by pressure. 2017. No. 10. pp. 40-43.
4. Yakovlev S. S. Evaluation of the influence of tool geometry on the stresses in the workpiece and the force during distribution // Collection of scientific tr. XLIII Gagarin readings: materials of the International youth scientific conference. Section "Mechanics and modeling of materials and technologies", Moscow, 05-20 April 2017. Moscow: Ishlinsky Institute of Problems of Mechanics of the Russian Academy of Sciences, 2017. p. 88.
5. Chernyaev A.V., Korotkov V. A., Nguyen V. T. Studies of the technological force of separation operations of multilayer materials // Izvestiya Tula State University. Technical sciences. 2021. No. 9. pp. 475-480.
6. Demin V. A., Larin S. N. Modern trends and prospects of development of technologies of metal processing by pressure in machine-building // High-tech technologies in mechanical engineering. 2021. No. 8(122). pp. 3-11.
7. Berezina K. A. Manufacture of asymmetric products by issuing // Proceedings of Tula State University. Technical sciences. 2022. No. 2. pp. 11-14.
8. Pasynkov A. A., Tregubov V. I., Hrychev I. S. Direct injection of a titanium pipe into a tool with a conical working profile // Proceedings of Tula State University. Technical sciences. 2022. No. 2. pp. 34-37.
9. Zhernosek, V. N. Analysis of stresses and deformations in the process of combined extrusion of a metal billet // Izvestiya Tula State University. Technical sciences. 2021. No. 9. pp. 470-472.
10. Pasynkov A. A., Matasov I. I., Yakovlev B. S. Isothermal deformation of hull products with a thick bottom into a cylindrical matrix // Izvestiya Tula State University. Technical sciences. 2020. No. 5. pp. 457-461.
УДК 622.834 DOI 10.46689/2218-5194-2022-2-1-339-347
УСТРАНЕНИЕ НЕОДНОЗНАЧНОСТИ В ОПРЕДЕЛЕНИИ ГОРИЗОНТА ПОЛНОЙ ПОДРАБОТКИ НАД ОЧИСТНОЙ ВЫРАБОТКОЙ
С. Б. Кулибаба, Е. Н. Есина
На основании опыта применения методики расчета деформаций земной поверхности, применяемой в РФ, выявлен двузначный подход к понятию "полная подработка". В одном случае ее наличие определяют с помощью отношения размера выработанного пространства к глубине подработки, в другом - посредством углов полных сдвижений, причем на практике эти два способа дают отличающиеся друг от друга результаты. Такая неоднозначность может вызвать погрешности в оценке степени воздействия горных работ на состояние подрабатываемых объектов. На основе оценки точности обоих применяемых параметров обоснован метод устранения этой неоднозначности путем коррекции углов полных сдвижений.
Ключевые слова: сдвижение горных пород, полная подработка, прогноз, неоднозначность, метод устранения ошибки.
Требование комплексности освоения георесурсов, обеспечения эффективности и безопасности ведения горных работ предопределяет необходимость изыскания инновационных геотехнических решений, обоснования методов прогноза и контроля за развитием деформационных процессов как на земной поверхности, так и в толще массива горных пород [1 - 3]. Изменение условий подземной разработки пластовых месторождений полезных ископаемых требует постоянного совершенствования применяемых методов прогноза сдвижения горных пород и земной поверхно-
