CC BY
6
УДК 621.77
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-336-339
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУР ПРИ КОМБИНИРОВАННОМ ВЫДАВЛИВАНИИ
ЛАТУННОЙ ЗАГОТОВКИ
Я.В. Грибачев
В машиностроении и других отраслях промышленности применяются изделия разных форм, размеров и выполненные из разнообразных материалов. Каждая из них выполняет свое функциональное назначение и имеет определенные физико-механические характеристики согласно необходимости. При этом существует множество различных методов получения деталей, в том числе и пластическое формоизменение, которое является наиболее производительным в совокупности с высоким коэффициентом использования материала. Поэтому в данной работе рассматривается вопрос об изготовлении латунной втулки с фланцевой частью методом комбинированного выдавливания. Особенностью исследования является то, что в процессе штамповки возможна ситуация, при которой в результате высокой скорости работы штампов, последние нагреваются до высоких температур, и в процессе последующего теплообмена с уже новой заготовкой повышается ее температура. В таком случае холодная штамповка уже перестает быть таковой и происходит уже полухолодное или полугорячее формоизменение. В настоящей работе анализируются температуры заготовки и инструмента при различных начальных условиях с помощью компьютерного моделирования.
Ключевые слова: заготовка, комбинированное выдавливание, температура, инструмент, пластическое формоизменение.
Штамповка является технологичным видом производственных процессов, при этом возможна практически полная автоматизация многих операций обработки металлов давлением [1-4]. Данное обстоятельством во многом является положительным фактором, так как значительно увеличивается скорость производства деталей [5-6]. Однако в процессе штамповки возможна ситуация, при которой в результате высокой скорости работы штампов, последние нагреваются до высоких температур, и в процессе последующего теплообмена с уже новой заготовкой повышается ее температура. В таком случае холодная штамповка уже перестает быть таковой, и происходит уже полухолодное или полугорячее формоизменение. То есть холодную заготовку помещают в уже нагретый в результате предыдущих операций инструмент. В этом случае из-за теплообмена с заготовкой возможно изменение механических характеристик материала заготовки. Однако стоит отметить, что данное обстоятельство практически никак не повлияет на операции листовой штамповки из-за небольшого промежутка времени контакта инструмента и заготовки, при этом сам инструмент не успевает нагреться до высоких температур и, следовательно, теплообмен с заготовкой также будет небольшой. Данная проблема актуальна для холодной объемной штамповки, например, для выдавливания. Поэтому в данной работе будет проведен анализ температур в заготовке, которая формоиз-меняется разным по температуре инструментом. В данном случае рассматривается комбинированное выдавливание цилиндрической заготовки из Л90 с помощью пуансона и матрицы (рис. 1).
Рис. 1. Схема операции
Сущность метода заключается в том, что цилиндрическую заготовку со сквозным отверстием начинают формоизменять в матрице с отверстием, в которое вытекает материал. При этом происходит еще и одновременная осадка заготовки, то есть увеличивается диаметральный размер фланцевой части изделия. Для исследования процесса было проведено компьютерное моделирование в программе QForm [710]. Для проведения анализа температур было промоделировано три ситуации:
336
Технологии и машины обработки давлением
1: инструмент и заготовка имеют температуру 20°С, 2: заготовка - 20°С, инструмент - 500°С, 3: заготовка - 20°С, инструмент - 1100°С.
Таким образом имитируется ситуация, при которой начинается деформирование холодной заготовки нагретым инструментом. В результате были получены распределения температур на последней стадии формообразующего процесса (рис. 2). В данном случае учитывается и деформационный нагрев изделия.
I- ис
■ МО
■ ж
в
Рис. 2. Распределение температур в заготовке и инструменте
Установлено, что при холодной заготовки и инструменте происходит их нагрев в результате деформации и трения до температуры практически 280 градусов по Цельсию. При этом нагреву подвержена только часть заготовки, которая наиболее сильно деформируется и имеет наименьшую толщину. Инструмент же нагревается в той части, которой наиболее приближен к участкам нагрева заготовки. Толщина же прогрева инструмента составляет примерно 10 мм. В середине толщина фланцевой части заготовки температура составляет примерно 60-80°С. При использовании подогретого инструмента, температура которого составляет 500°С установлено, что в результате теплообмена некоторые части инструмента снизились по температуре до 70°С, при этом температура заготовки в некоторых зонах увеличилась до 390°С. В середине заготовки температура идентична той, что и при штамповке холодным инструментом. При штамповке инструментом, нагретым до 1100°С температура в заготовке в некоторых зонах достигает 550°С. А инструмент на некоторых участках охлаждается до 100°С. Таким образом интенсивный нагрев и охлаждение инструмента может привести к его преждевременной поломке, а материал полуфабриката может локально изменить механические характеристики.
Список литературы
1. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюшин и др.; под редакцией Г.П. Фетисова. - М.: Высшая школа, 2001. 638 с.
2. Гун Г.Я., Полухин П.И. Пластическая деформация металлов и сплавов // Труды МИСиС. М.: «Металлургия», 1974. Вып. 76. С. 19-23.
3. Парамонов Р.А. Моделирование точности работы поточной линии по изготовлению криволинейных волнообразных листовых профилей // XXXIV Гагаринские чтения. Международная молодежная научная конференция. Тезисы докладов. М.: МАТИ, 2008. Том 8. С. 85-86.
4. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977. 424 с.
5. Афонькин М.Г., Магницкая М.Р. Производство заготовок в машиностроении. Л.: Машиностроение, 1987. 256 с.
6. Ларин С.Н., Платонов В.И., Яковлев С.С. Определение величины повреждаемости при формировании прямоугольных каналов в многослойных листовых конструкциях // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2017. № 4-2(324). С. 3-8.
7. Гасанов А.И. Получение нестандартных головок соединительных элементов пластическим деформированием // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 2. С. 21-24.
8. Изотермическая пневмоформовка куполообразных деталей с регулированием утонения стенки / С.Н. Ларин, Я.А. Соболев, В.И. Платонов [и др.] // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып. 7. Ч. 1. С. 149-155.
9. Грибачев Я.В. Деформированное состояние при холодном выдавливании // Инициативы молодых - науке и производству: сборник статей II Всероссийской научно-практической конференции для молодых ученых и студентов. Пенза: РИО ПГАУ, 2021. С. 47-49.
10. Яковлев С.С. Нагрузка при вытяжке с локальным утонением // Образование и наука в России и за рубежом. 2019. № 10(58). С. 115-118.
Грибачев Ярослав Васильевич, магистрант, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
STUDY OF TEMPERATURES IN THE COMBINED EXTRUSION OF A BRASS BLANK
Y.V. Gribachev
In mechanical engineering and other industries, products of various shapes, sizes and made of various materials are used. Each of them fulfills its functional purpose and has certain physical and mechanical characteristics according to the need. At the same time, there are many different methods for obtaining parts, including plastic forming, which is the most productive in combination with a high material utilization rate. Therefore, in this paper, we consider the issue of manufacturing a brass bushing with a flanged part by the combined extrusion method. A feature of the study is that during the stamping process, a situation is possible in which, as a result of the high speed of the stamps, the latter are heated to high temperatures, and in the process of subsequent heat exchange with a new workpiece, its temperature rises. In this case, cold stamping already ceases to be such and already semi-cold or semi-hot forming takes place. In this work, the temperatures of the workpiece and tool are analyzed under various initial conditions using computer simulation.
Key words: billet, combined extrusion, temperature, tool, plastic forming.
Gribachev Yaroslav Vasilevich, student, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
