CC BY
3
PRODUCTION OF BOLTS WITH A NON-STANDARD HEAD BY PLASTIC FORMING
METHOD
A.I. Gasanov
Getting parts with a non-standard head is an important and difficult task for ensuring technological progress in some areas of industry, as well as for meeting some of the challenges that such connections face. Basically, such elements are made by metal forming methods on crank presses or other similar equipment. In this paper, an analysis of the technological force, the shape of the resulting product and other parameters that characterize the process and are necessary for the initial assessment of the technology will be carried out. The study will be carried out at different stamping temperatures and with the help of computer simulation in the QForm software package. The curves of the technological force on the graph are given, as well as the shape of the final product after the stamping operation. Particular attention is paid to the methods of using such fasteners and connecting elements and the temperature at which stamping takes place. Conclusions are drawn about the temperature at which it is better to stamp the heads of fasteners with a given configuration of a nonstandard head using a forming tool.
Key words: stamping, connection, head, hot stamping, cold stamping, force, shaping.
Gasanov Abbas Isa ogly, student, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-4-454-458
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУР ПОЛУФАБРИКАТА И ИНСТРУМЕНТА ПРИ РИФЛЕНИИ НАРУЖНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
В.Д. Кухарь, С.С. Яковлев
В данной работе проводится исследование процесса нанесения рифлей на наружной поверхности цилиндрической оболочки и изменения температуры в результате рифления, так как в процессах обработки металлов давлением большое значение уделяется температурным характеристикам процесса, даже если формоизменение проводится при температуре помещения, так как в результате деформационных изменений происходит увеличение температуры. Анализируются температуры на поверхности матрицы, которой производится формоизменяющая операция, а также в заготовке. Приводятся схемы распределения температур в рабочей оправке и цилиндрической оболочке. Исследуются максимальные температуры в конце рабочего хода инструмента и приводятся их величины для каждого из рассматриваемых случаев. Исследование проводится с помощью компьютерного моделирования в программе QForm, проведенного ранее. Делаются выводы о влиянии характера формоизменения на максимальное значение температуры и на распределение и площадь зоны, в которой наблюдается увеличение температуры.
Ключевые слова: рифление, оснастка, температура, зазор, цилиндрическая заготовка, рифли, исследование, локальное формирование, редуцирование.
Рифление наружной поверхности по способу [1,2] может проводиться при нескольких вариантах, отличающихся между собой зазором между заготовкой и инструментом. Этот зазор может составлять от 0 включительно до глубины нанесенной
454
рифли, что напрямую зависит от необходимой формы и конфигурации рифли. В случае, если зазор Z>0, то реализуется локальное пластическое деформирование и нанесение рифлей, если Z=0, то в таком случае происходит уже объемное деформирование.
В настоящей работе проводится анализ метода нанесения рифлей на цилиндрической оболочке без дна. Причем согласно напряженному и деформированному состоянию происходит не вытяжка с утонением (локальным утонением), а скорее редуцирование, которое предполагает преимущественно сжимающие напряжения, в отличие от растягивающих при вытяжке.
В обоих случаях зазора в результате воздействия сил трения, а также деформаций происходит нагрев и формоизменяющего инструмента, и заготовки. И изучение влияния зазора Z (рис. 1) на распределение температур и их величины является важной задачей, так как от температуры зависят механические характеристики [3-6], и, следовательно, в некоторых зонах может произойти локальное изменение механических характеристик.
Рис. 1. Взаимное расположение заготовки 1, матрицы 2 и пуансона 3
Анализ температур был проведен с помощью компьютерного моделирования в QFORM [7-10], при этом исследовалась только температура в заготовке и матрице (рис. 2), потому что температура на пуансоне меняется незначительно.
б
Рис. 2. Температура в заготовке и инструмент при: а — 2=0, б — 2=0,5 мм
455
При анализе характера распределения температуры было установлено, что площадь с возросшей температурой при Z=0 значительно выше, так как происходит не просто локальное формоизменение, а деформирование бокового наплыва, который образуется в результате формирования рифлей. И так как зазор между заготовкой и инструментом отсутствует, то металлу приходиться течь вверх, после чего формируется некоторая корончатость края, которую необходимо обрезать на последующей операции механической обработки. Повышение температуры при Z=0,5 мм распределено локально, только в зоне формируемых рифлей. Причем при обоих зазорах температура повышается ближе к верхней части полуфабриката, так как происходит накопление тепла в инструменте, которое образуется в результате интенсивного трения и при деформировании материала заготовки.
При анализе температурного градиента в инструменте, было установлено, что площади также значительно отличаются, в результате деформирования наплыва в первом случае.
Также были проанализированы максимальные температуры в заготовке и инструменте (табл. 1).
Таблица 1
Максимальная температура_
Параметры 7=0 7=0,5 мм
Температура инструмента, °С 151 128
Температура заготовки, °С 156 133
Наибольшая температура наблюдается при формоизменении без зазора и составляет 151°С на матрице и 156°С на заготовке. При Z=0,5 мм температуры примерно на 15-19% ниже, и составляют соответственно 128°С и 133°С. При этом максимальная температура инструмента всегда ниже наибольшей температуры матрицы.
Таким образом, было установлено, что температура и матрицы, и заготовки выше при беззазорном формоизменении, такая же тенденция наблюдается и с площадями, на которых повышается температура.
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. Яковлев С.С., Архипцев А.С., Чижов И.А. Влияние угла подъёма клиновых спиральных выступов матрицы на силовые и деформационные параметры при формировании рифленой поверхности // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. № 3. С. 346-352.
2. Яковлев С.С., Архипцев А.С., Чижов И.А. Рифление наружной поверхности цилиндрической оболочки в матрице с различным числом многозаходных спиральных выступов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. № 3. С. 365-370.
3. Богданов С.Б. Влияние температуры штамповки на процесс выдавливания втулки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. № 6. С. 397-400.
4. Яковлев С.П., Чудин В.Н., Черняев А.В., Брагин С.А. Поперечное горячее выдавливание // Заготовительные производства в машиностроении. 2009. № 11. С. 1922.
5. Перепелкин А.А., Чудин В.Н., Черняев А.В., Яковлев Б.С. Изотермическое деформирование деталей с утолщениями в режиме кратковременной ползучести // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып. 1. С. 31-40.
6. Яковлев С.С., Ларин С.Н., Соболев Я.А., Платонов В.И. Изотермическое деформирование куполообразных оболочек из высокопрочных анизотропных материалов в режиме ползучести // Вестник машиностроения. 2014. № 11. С. 80-84.
7. Яковлев С.С., Пилипенко О.В., Травин В.Ю., Булычев В.А. Математическая модель операции изотермической вытяжки осесимметричных деталей из анизотропных материалов в конических матрицах в режиме ползучести // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып. 4. С. 96-102.
8. Ларин С.Н. Влияние угла конусности матрицы на геометрию изделий при обжиме с утонением // 57-я Научно-практическая конференция профессорско-преподавательского состава ТулГУ с всероссийским участием : сборник докладов в 2 частях, Тула, 08-12 февраля 2021 года. Тула: Издательство ТулГУ, 2021. С. 180-186.
9. Ларин С.Н. Исследование характера течения материала и сил совмещенного процесса изотермического обжима с набором утолщений на торцах трубных заготовок // Проблемы машиноведения: Материалы V Международной научно-технической конференции. Омск: Омский государственный технический университет, 2021. С. 258-263.
10. Подтягин В.Э. Оптимизация инструмента для осуществления процесса расширения отверстия // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 5. С. 146-148.
Кухарь Владимир Денисович, д-р техн. наук, профессор, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Яковлев Сергей Сергеевич, аспирант, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
INVESTIGATION OF THE TEMPERATURES OF A SEMI-FINISHED PRODUCT AND A TOOL WHEN THE OUTER SURFACE IS CORRULATED
V.D. Kukhar, S.S. Yakovlev
In this paper, a study is made of the process of applying corrugations on the outer surface of a cylindrical shell and temperature changes as a result of corrugation, since in metal forming processes, great importance is given to the temperature characteristics of the process, even if the shaping is carried out at room temperature, since as a result of deformation changes, an increase in temperature. Temperatures are analyzed on the surface of the working mandrel, which is used for the forming operation, as well as in the workpiece. Schemes of temperature distribution in the working mandrel and cylindrical shell are given. The maximum temperatures at the end of the working stroke of the tool are investigated and their values are given for each of the considered cases. The study is carried out using computer simulation in the QForm program, carried out earlier. Conclusions are drawn about the influence of the nature of the shape change on the maximum temperature value and on the distribution and area of the zone in which an increase in temperature is observed.
Key words: corrugation, tooling, temperature, gap, cylindrical billet, corrugations, research, local formation, reduction.
Kukhar Vladimir Denisovich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Yakovlev Sergey Sergeevich, postgraduate, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
