CC BY
11
ANALYSIS OF POWER PARAMETERS OF THE PROCESS OF EXTRUSING A BAR IN A
SQUARE SECTION MA TRIX
S.N. Larin, N.S. Pasynkova, A.A. Pasynkov
Based on the results of computer simulation, a study was made of the force characteristics of the process of backward extrusion of a bar stock from non-ferrous alloys into a square matrix. The effect of the reduction value, the tool rounding radii, the friction value and the strain rates on the process force is established.
Key words: reverse indentation, isothermal deformation, shaping, force.
Pasynkov Andrey Alexandrovich, Candidate of Technical Sciences, docent, As-socmpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Pasynkova Nadezhda Stanislavovna, student, sulee@,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Usenko Nikolay Antonovich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.98; 539.376
ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛОВЫХ РЕЖИМОВ РАДИАЛЬНОГО
ВЫДАВЛИВАНИЯ ВНУТРЕННИХ УТОЛЩЕНИЙ НА ТРУБНЫХ
ЗАГОТОВКАХ
А.В. Черняев, А.В. Чарин, В.А. Гладков
Представлены результаты теоретических исследований силовых режимов изотермического радиального выдавливания внутренних фланцевых утолщений на трубных заготовках. Состояние горячего деформируемого материала принято вязко-пластическим. Установлены зависимости давления операции от скорости перемещения инструмента, геометрических параметров заготовки и изделия и условий трения на контактных поверхностях.
Ключевые слова: выдавливание, вязкопластичность, давление, мощность, скорость.
Патрубки с внешними и внутренними утолщениями используются в качестве соединительных элементов трубопроводов энергетических установок авиационной и ракетно-космической техники, где могут выполнять функции крепежных фланцев, ребер жесткости или мест для монтажа элементов конструкции [1]. В качестве материала применяются малопластичные алюминиевые и титановые сплавы, деформирование которых рационально осуществлять в изотермических условиях в режиме кратковременной ползучести на гидропрессовом оборудовании [2]. Штамповка осуществляется с общим или локальным нагревом. При этом режимы технологии существенно зависят от скорости деформирования. Горячий металл проявляет вязкие свойства, и уравнение его состояния записывается в виде
= Aemxn, (1)
440
где Ое, £е, Хе - эквивалентные напряжение, деформация, скорость деформаций; А,
т, п - константы материала [2].
В работе [3] приведены кинематические соотношения и зависимости для расчета давления при выдавливании внутренних утолщений на цилиндрических заготовках. В случае если габаритные размеры заготовки существенно больше ширины получаемого фланца 2г\ > (25...30)(?2 — Г3) можно принять, что процесс реализуется в условиях плоского деформированного состояния осесимметричной заготовки. Мощность пластической деформации определяется как сумма мощностей в блоке деформаций N, на линиях разрыва скорости «01» Nр и мощности трения на контактных границах инструмента и заготовки Nтр:
лА(М)тУ01+п )^2
\1+т+п
N1 =™Пн(у2 +Г22 — ^Тт+п-; (2)
лг кА(АИ)тГ01+п )[ ( л2]1+ 12(т+п)
NP-Щ+Ц+п И1+°')|/2 л; (3)
1 Г2 Nтр - 4 (г2 + г3 ) • |У]Х=ИФ . (4)
г3
Мощность внешних сил определяется выражением
N -ядГ2 — Г22(5)
Здесь V) - скорость перемещения нажимного инструмента; АИ - суммарный ход пуансонов; 1р - длина образующей поверхности разрыва скорости, т - коэффициент трения; ^ - давление операции; у , у]- производные по «Х» уравнения образующей у(х) поверхности разрыва.
Рис. 1. Расчетная схема процесса и поле скоростей.
С использованием основного энергетического уравнения при подстановке (2)-(5) давление процесса находится по выражению [3]
441
И
д £ кУ0П1 ^ (у, у\у")1х.
0
(6)
Здесь
к =
2 Л(АИ )т
№ Гт+п (г2 - ¿22)/
1 -
т (г2+г3) л
(у—2) 1 у1 х=иёу
Т - Т2 / Г3
^ = 1
(у2 + ¿22 - Г32 ( 2 у1
\1+т+п
+
^ лт+п
V1Р )
+
1+(у')2
1+1 (т+п)
С использованием полученных соотношений выполнены теоретические исследования силовых режимов изотермического плоского радиального выдавливания внутренних фланцевых утолщений на трубной заготовке. Расчетные данные получены для выдавливания изделия из алюминиевого сплава АМг6 при 470°С и титановых сплавов ОТ4 и ВТ20 при 900 и 950°С соответственно, характеристики уравнения состояния которых приведены в таблице [4]. Наружный радиус трубной заготовки принят г = 100 мм. В качестве варьируемых параметров принимались относительные величины внутреннего радиуса заготовки ¿2 = г2 / г1, радиуса и толщины фланца, Т3 = Г3 / г и И = И / г соответственно и коэффициент трения т.
2
Константы материалов
Материал Т,°С ае0, МПа Л, МПа-с-п т п
АМг6 470 3,58 76,84 0,046 0,537
ОТ4 900 7,24 61,26 0,099 0,286
ВТ20 950 4,53 58,53 0,028 0,477
На рис. 2 представлены зависимости относительного давления выдавливания д = д / ае0 от скорости перемещения инструмента.
9
6
Я
з
о
1 5 10 15 £о,мм/мин-
Рис. 2. Графики зависимости д от У0 (¿2 = 0,95; Т3 = 0,9; И = 0,04; т = 0,2)
Установлено, что давление радиального выдавливания существенно зависит от скорости операции. Уменьшение скорости (увеличение длительности) способствует проявлению обрабатываемым материалом вязких свойств, что приводит к снижению необходимого давления.
Характер влияния геометрических параметров на величину относительного давления при скорости инструмента У0 = 1 мм/мин и коэффициенте трения т = 0,2 показан на рис. 3-5.
ч
ОТ4 ^\ВТ20
\ АМго
0,91
0,93
г2~
0,94
0,95
Рис. 3. Графики зависимости q от Г2 (Г = 0,9; И = 0,04)
ОТ4
ВТ20
АМгб /
0,90
0,91
'3-
0,92
0,93
0,94
Рис. 4. Графики зависимости q от Г2 (Г2 = 0,95; И = 0,04)
Ч
ОТ4
ВТ20 /
АМгб/
0,04
0.05
Ь
0.06
0,07
0.08
Рис. 5. Графики зависимости q от И (Г2 = 0,95; Г3 = 0,9)
Анализ графических зависимостей показывает, что давление операции возрастает с увеличением Г> и уменьшением Г3 и И , что соответствует уменьшению толщины трубной заготовки, увеличению глубины затекания металла во внутреннюю полость штампа и уменьшению толщины фланцевой части соответственно.
Существенное влияние на силовые режимы выдавливания оказывают условия трения на контактных границах инструмента и заготовки (рис. 6).
9 6
ч
з
о
ОД 0,2 0,3
М-» _
Рис. 6. Графики зависимости q от /I
(V0 = 1 мм/мин; r2 = 0,95 ; r3 = 0,9 ; h = 0,04)
Использование графито-меловых смазок и стеклосмазок обеспечивает коэффициент трения близкий к / = 0,2. Невыполнение указанного условия приводит к значительному возрастанию давления операции.
Работа выполнена в рамках гранта по государственной поддержке ведущих научных школ Российской Федерации НШ-2601.2020.8.
Список литературы
1. Черняев А.В., Гладков В. А., Чудин В.Н. Формообразование давлением кольцевых ребер на трубе // Технология машиностроения. 2018. №9(195). С. 10-14.
2. Яковлев С.С., Яковлев С.П., Чудин В.Н., Трегубов В.И., Черняев А.В. Изотермическое формоизменение анизотропных материалов жестким инструментом в режиме кратковременной ползучести: монография / под ред. С.С. Яковлева. М.: Машиностроение, 2009. 412 с.
3. Черняев А. В., Чарин А. В., Гладков В. А. Вариационная оценка давления радиального выдавливания вязко-пластичного материала // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 1. С. 209-214.
4. Трегубов В.И., Платонов В.И., Нуждин Г.А., Коротков В.А. Определение технологических режимов изотермического деформирования высокопрочных металлов: монография / под ред. С.Н. Ларина. Тула: Изд-во ТулГУ, 2018. 136 с.
Черняев Алексей Владимирович, д-р техн. наук, профессор, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Чарин Александр Владимирович, канд. техн. наук, доцент, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Гладков Вячеслав Александрович, инженер-конструктор, slaviqa91@mail.ru, Россия, Тула, ПАО ««Тульский Оружейный Завод»
STUDY OF PO WER MODES OF THE RADIAL EXTRUSION OF INTERNAL THICKNESSES ON PIPE WORKS
A. V. Chernyaev, A. V. Charin, V.A. Gladkov 444
OT4 \ //\BT20
-—* \AMrS
The results of theoretical studies of power modes of isothermal radial extrusion of inner flange thickenings on pipe billets are presented. The condition of the hot deformed material is accepted visco-plastic. Dependences of the operation pressure on the speed of the tool movement, the geometric parameters of the workpiece and the product and the friction conditions on the contact surfaces are received.
Key words: extrusion, visco-plasticity, pressure, power, velocity.
Chernyaev Aleksey Vladimirovic, doctor of technical sciences, docent, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Charm Aleksandr Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Gladkov Vyacheslav Aleksandrovich, design engineer, slaviqa91@,mailru, Russia, Tula, JSC «Tula Arms Plant»
УДК 621.77; 621.7.043
ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В ПРОЦЕССЕ ОБРАТНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ ПРУТКА В КВАДРАТНУЮ МАТРИЦУ
Д.И. Котов, М.К. Чистяков
Выполнен анализ изменения средних нормальных напряжений в теле изделия в процессе горячего обратного выдавливания цилиндрической заготовки в матрицу квадратного сечения. Установлено влияние величин скруглений рабочих кромок инструмента на напряжения.
Ключевые слова: изотермическое обратное выдавливание, напряжение, обработка давлением.
Ввиду особенностей формоизменения очень важен мониторинг напряженного состояния изделий в процессе обратного выдавливания. Особенно когда речь идет о деформировании высокопрочных сплавов. Современные компьютерные технологии [14] позволяют выполнить анализ напряженного состояния изделий в любой момент процесса. В статье выполнен анализ изменения средних нормальных напряжений в теле изделия в процессе изотермического выдавливания цилиндрической заготовки в матрицу квадратного сечения. Схема процесса приведена на рис. 1.
В качестве заготовки принимался пруток диаметром 70 мм и высотой 60 мм. Материалом ее являлся сплав АМг5. Рабочее пространство матрицы представляет собой квадрат с длинной стороны 70 мм. Пуансон также представляет собой квадрат с шириной 60 мм. Расчёты выполнены в программе DEFORM. В процессе моделирования менялся радиус скругления кромок инструмента.
На рис. 2 представлены поэтапные схемы изменения напряжений в изделии в процессе деформации пуансоном с радиусом скругления кромок, равным 3 мм и скоростью деформирования 50 мм/с.
На рис. 3 представлены поэтапные схемы изменения напряжений в изделии в процессе деформации пуансоном с радиусом скругления кромок, равным 10 мм и скоростью деформирования 50 мм/с.
