Исследование силовых и деформационных параметров при боковом выдавливании Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.771

ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛОВЫХ И ДЕФОРМАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ БОКОВОМ ВЫДАВЛИВАНИИ

А.А. Пасынков, Л.Е. Гололобова

Установлен характер изменения силовых, деформационных параметров и по-врежденности материала в зависимости от геометрии инструмента и режимов процесса бокового выдавливания. Для теоретического анализа процесса выдавливания в разъемных матрицах поковок с отростками использовали метод верхних оценок на основе кинематически возможного поля скоростей.

Ключевые слова: горячее деформирование, прутковая заготовка, давление, интенсивность деформаций, обработка давлением.

Перспективным направлением заготовительного производства является получение заготовок максимально приближенных по конфигурации и размерам к готовым деталям. Процессы выдавливания позволяют получать подобные заготовки, и их конкурентоспособность оказывается тем выше, чем сложнее конфигурация деталей. При этом обеспечивается экономия металла, уменьшение трудоемкости изготовления за счет сокращения объема последующей механической обработки, повышение производительности и улучшение условий труда.

Особую группу сложных по конфигурации изделий, изготовляемых с применением высокопроизводительной технологии точной объемной штамповки выдавливанием в штампах с разъемными матрицами и широко применяемых в машиностроении, составляют поковки типа стержня с различно ориентированными отростками, расположенными под углом к оси детали. Для теоретического анализа процесса выдавливания в разъемных матрицах поковок с отростками использовали метод верхних оценок на основе кинематически возможного поля скоростей (рис. 1) [1].

а

б

Рис. 1. Разрывное поле (а) и годограф скоростей (б)

Накопленная интенсивность деформаций Г будет определяться по выражению

_ у __ 3d2Dcosb - 2dD2 cos2 b - 2d2xcosb + 2dDxcos2 b _

_ У gj _ (Dd sin b(d - cos bD + x cosb))

_ d3 - D2d + D3 cosb + 2Dxd - 2D2xcosb _ x2d + x2Dcosb ^

(Dd sin b(d - cos bD + x cos b)) На основании баланса мощностей внешних и внутренних сил могут быть определены силовые параметры процесса бокового выдавливания:

2 3 2 2 9

p _ 1 -D |md + D cosb + 5dxDcos b-2D |mxcosb + D|mx cosb + D^xd 2k 2D sin bd(d - cos bD + cos bx)

- - 2D2xcosb + x2D cos b + Dxd - D2d - 2x2d - 2d3 - 3dDcos2 b2 +

sin bd(d - cos bD + cos bx) + D 3| cos b + 5d 2 D cos b- 4d 2 x cos b (2)

sin bd(d - cos bD + cos bx) где | - коэффициент трения.

После дифференцирования выражения (2) определяется параметр пластической области x:

_ (Dcosb-d)(D|cosb + Dcosp-2d + cos b(D|cos b + D cos b - 2d)

2 D|d cos b - 2dD cos b + 4d 2 + 2 Dd| cos3 b + 2dD cos3 b - 4d 2 cos2 b

+-7-Ñ-" . (3)

cos b(D| cosb + D cosb - 2d)

После подстановки уравнения (3) x в выражения (1) и (2)

получим

_-1 (- 4V2d2 + 4yÍ2d2 cos2 b + 7yÍ2dcos b + V2|dcosb - cos2 b + 2 A sin b-cos2 b

4 Ad -42\id cos3 b - 4Ad cos2 b + 6A cos3 b + ^V2cos4 b + ^V2cos4 b -

+ 2

Asinb- cos b

3V2cos2 b- 6A cos b-|W2cos2 b. (4)

2

Asinb- cos b

p _ 1 (- 5dcos5 b + |dcos3 b + 10d cos3 b- ^V2cos3 bA cosb- 5dcosb + 2k 2 dcos2 bsin3 b

242A cosb + 4d2 cos4 b + 2^2 Ad cos2 b - 8d2 cos2 b - 2^2Ad + 4d2

+- - -о ^---, (5)

d cos2 b sin3 b

где A dsin2 b(2d -1cos b - cos b).

Результаты расчета силовых параметров представлены в виде графиков на рис. 2. Полученные зависимости (рис. 2) свидетельствуют, что с уменьшением отношения d/D и увеличением угла b удельная

371

Л

сила выдавливания увеличивается. Влияние величины — возрастает

с уменьшением угла Р, определяющего направление истечения металла.

0.4 0.5 Об 0.7 0.8 0.9 1

¿/о -*

Рис. 2. Зависимость силы выдавливания от величины Л / Б:

1 - Р = 60°; 2 - Р = 75°; 3 - Р = 90°

На рис. 3. представлена графическая зависимость интенсивности деформаций Г , анализ которой показывает, что с увеличением величины Л / Б интенсивность деформаций уменьшается, то же самое наблюдается и при уменьшении угла Р .

Рис. 3. Зависимость интенсивности деформаций от величины й!В:

1 - Р = 60°; 2 - Р = 75°; 3 - Р = 90°

Оценка предельных возможностей формоизменения процесса бокового выдавливания была получена на основе исследования поврежденно-сти материала. Поврежденность металла [2]

Л1 аЛа Ла ю= I —1—ёЛ =-,

0 Л р Л р 372

где Лр - степень деформации сдвига в момент макроразрушения; Л - степень деформации сдвига, накопленная материальной частицей в процессе деформации; а - показатель пластического разрыхления.

Степень деформации в момент макроразрушения может быть аппроксимирована [2]:

Л р = \% 2 — (%1 -С 2 )та]ехР

(х 2 — (11 — 12 Ю

где %1,1 и %2,12 - коэффициенты, соответствующие опытам при |10=-1 и |1с= 0.

Для определения параметра а, характеризующего модель пластического разрыхления материала при различном напряженном состоянии, использовалась зависимость [2]:

а ■■

■ ао ехр

1 + 0,238-

V

Т

у

о

где ао - показатель пластического разрыхления при — = 0.

На рис. 4 и 5 представлены графические зависимости изменения максимальной величины поврежденности от величины й / В при фиксированных значениях угла истечения металла Р для алюминиевого сплава АМЦ и стали 10 соответственно. Анализ данных графических зависимостей показывает, что с увеличением величины й / В и уменьшением угла истечения металла Р величина поврежденности уменьшается, причем при прочих равных условиях интенсивность накопленных микроповреждений у алюминиевого сплава меньше, чем стали.

Рис. 4. Зависимость максимальной величины накопленных микроповреждений от величины й / В для алюминиевого сплава АМЦ:

1 - Р = 60°; 2 - Р = 75°; 3 - Р = 90°

373

03

025 02

01

005

fflil4 05 0 6 0 7 OS 09 1

d/D -*

Рис. 5. Зависимость максимальной величины накопленных микроповреждений от величины d/ D для стали 10:

1 - b = 60°; 2 - b = 75°; 3 - b = 90°

Проведенный теоретический анализ силовых режимов выдавливания поковок с отростками в разъемных матрицах позволил установить характер влияния геометрических параметров и технологических режимов на величину приведенной удельной силы бокового выдавливания и повре-жденность материала. Полученные результаты могут быть использованы при разработке рациональных технологических процессов получения изделий с различным расположением наклонных элементов боковым выдавливание при заданном уровне поврежденности материала, характеризующем требуемое качество продукции.

Работа выполнена в рамках гранта РФФИ 20-08-00541.

Список литературы

1. Чудин В.Н., Пасынков А.А. Нестационарные процессы изотермической штамповки // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением. 2018. №6. С. 23-28.

2. Шофман Л. А. Основы расчета процессов штамповки и прессов / Л.А. Шофман. Машгиз, 1961. 340 с.

3. Богатов А.А. Ресурс пластичности металлов при обработке давлением /А.А. Богатов, О.И. Мижирицкий, С.В. Смирнов. М.: Металлургия, 1984. - 144с.

4. Черняев А.В., Чудин В.Н., Тесаков Д.М. Последовательно-совмещенная вытяжка заготовки при вязко-пластическом деформировании // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2019. № 1 (91). С. 3-7.

5. Кухарь В.Д., Малышев А.Н., Бессмертная Ю.В. Вытяжка низких прямоугольных коробок из профильных заготовок //Черные металлы. 2019. № 1. С. 39-42.

6. Chudin V.N. Hot stamping of conical housings with stepped internal structure // Russian Engineering Research. 2016. V. 36. № 10. P. 797-799.

7. Ларин С.Н., Платонов В.И., Коротков В.А. Проектирование матрицы для вытяжки материалов, обладающих плоскостной анизотропией механических свойств // Цветные металлы. 2018. №7. С. 83-87.

Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Гололобова Любовь Евгеньевна, магистрант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет

STUDY OF POWER AND DEFORMATION PAIR METERS DURING SIDE EXTRACTION

A.A. Pasynkov, L.E. Gololobova

Based on the method of upper estimates, on the basis of the kinematically possible velocity field, the nature of the change in the force, deformation parameters and damage to the material was established depending on the geometry of the tool and the modes of the lateral extrusion process.

Key words: hot deformation, bar stock, pressure, strain rate, pressure treatment.

Pasynkov Andrey Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Gololobova Lyubov Evgenievna, postgraduate, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.983; 539.374

НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ЗАГОТОВКИ В ПРОЦЕССЕ КОМБИНИРОВАННОГО

ВЫДАВЛИВАНИЯ

С.Н. Ларин, В.И. Трегубов, А.Н. Исаева, М.В. Ларина

Выполнено моделирование комбинированного выдавливания для разных размеров геометрии рабочего инструмента и параметров трения. Установлено влияние редукции при выдавливании и коэффициента трения на величины напряжений, деформаций и силу процесса. Исследование выполнено на основе метода конечных элементов.

Ключевые слова: комбинированное выдавливание, напряженно-деформированное состояние, сила, матрица, пуансон.

Важной задачей производства деталей машиностроения является минимизация энергозатрат. В частности, при обработке давлением добиться этого можно путем снижения сил штамповки. Это актуально при процессах выдавливания, где значительные силы деформирования ввиду схемы течения металла. Рассмотрим процесс комбинированного выдавливания плоскоконусным инструментом в целях определения влияния

375