CC BY
1
УДК 621.7
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-8-228-229
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГЕОМЕТРИИ РАБОЧЕГО ИНСТРУМЕНТА НА ПРОЦЕСС ВЫДАВЛИВАНИЯ ПРУТКОВОЙ ЗАГОТОВКИ
А.А. Пасынков, Ю.С. Галкин
В статье рассмотрена операция формообразования, заключающаяся в деформировании прутковой заготовки цилиндрическим пуансоном с перемещающейся в противоположном направлении пуансона матрице, которая формирует активные силы трения, за счет чего, совместно с геометрией матрицы, создается дополнительный очаг деформации. Выполнено моделирование процесса выдавливания с подталкиванием и дополнительным очагом деформации в стенке для разных геометрических характеристик инструмента. Выполнена оценка деформационных параметров и возможности разрушения в зависимости от угла конусности большего цилиндра матрицы и его диаметра.
Ключевые слова: выдавливание, моделирование, формоизменение, сила, активное трение.
В работах [1,2] рассмотрена возможность интенсификации процесса обратного выдавливания прутковых заготовок в горячих условиях посредством создания подталкивающих усилий в направлении совпадающим с истечением металла. В работах произведена оценка силовых параметров при разных степенях деформации [1,2]. Установлена рациональность применения предлагаемого метода.
В данной статье выполнено моделирование процесса выдавливания с подталкиванием краевой части детали и его калибровки для разных вариантов геометрии перемещающейся матрицы [3-9]. В частности, варьируется угол конусности свободного цилиндра (большего) матрицы и его диаметр в части влияния на силу деформирования и кинематику течения материала заготовки. Выполнена оценка деформационных параметров и возможности разрушения в зависимости от перечисленных параметров. Для чего выполнено моделирование ряда опытов в программе DEFORM и на основе полученных результатов выполнена оценка силовых и деформационных параметров.
В качестве заготовки использовался пруток диаметром D0 = 70 мм. Материал заготовки - титановый сплав ВТ6. Температура штамповки 850°С. Диаметр заготовки и, соответственно рабочий диаметр матрицы Оматр = 76.. .88 мм. Диаметр пуансона Dn = 56 мм. Скорость перемещения пуансона 22 мм/мин. Скорость перемещения матрицы в случае использования активных сил трения VM = 3,8Vn. Коэффициент трения ß = 0,3.
На рис. 1 представлен эскиз исследуемой операции.
Рис. 1. Схема операции
На рис. 2 даны эскизы, позволяющие оценить влияние геометрии матрицы на возможность деформирования с точки зрения оценки корректного формирования геометрии детали.
Анализ результатов позволяет сказать, что угол а оказывает ключевое влияние на процесс формирования геометрии стенки по схеме с активным трением и вытяжкой краевого конца стенки. Установлено, что крайним значением угла а, при котором стенка изделия формируется без утонения является а = 35°. При больших углах происходит критическое утонение (а = 35.. .50°) и разрыв при а > 50°. Изменение широкого участка матрицы с размером АтатР тоже влияет на формирование стенки. При углах в диапазоне а = 15.. .30° рациональным является интервал диаметров матриц Оматр = 83.. .85 мм, при котором утонение стенки либо минимально, либо его вообще нет. Увеличение или уменьшение Оматр, соответственно увеличение или уменьшение зазора между матрицей и пуансоном негативно влияет на геометрию детали.
II II
и
|_ J
Г I
и
|_ J
^ п
!_ J
г п
и
1_ J
б
а = 15°
г И
■
|_ J
и
11
и
J
п
б
а = 30°
г I ■ ■
|_ J
II II
и
1_ J
а б в
а = 45°
Рис. 2. Эскизы полученных деталей:а - Вматр = 80 мм; б - Вматр = 84 мм; в - Вматр = 88 мм
На рис. 3 дан график изменения максимальной величины силы выдавливания в зависимости от угла конусности матрицы и диаметра Оматр.
Рост угла а в интервале 15.. .30° приводит к увеличению силы на 3 %, а затем происходит ее уменьшение что связано с разрывом стенки заготовки. Максимальные силы для матриц с радиусом Оматр = 84 мм объясняет отсутствие утонения в стенки детали. Таким образом рекомендуемым являет углы в интервале 15.. .20° .
На рис. 4 даны эскизы, позволяющие оценить влияние геометрии матрицы на величину повреждаемости материала заготовки при разных величинах диаметра заходного участка матрицы.
Анализ полученных результатов позволяет сказать, что увеличение угла а в интервале а = 15.. .30° приводит к увеличению повреждаемости на 20 %. При дальнейшем увеличении угла а происходит резкий рост повреждаемости и соответственно разрушение материала заготовки.
Увеличение или уменьшение Оматр, соответственно увеличение или уменьшение зазора между матрицей и пуансоном так же влияет на повреждаемость материала. Оптимальным является интервал величин Оматр = 83.. .85 мм.
в
Р,н
775000 77DOQQ 765000 760000 755000 750000 745000
Л у2 Ъ
30 45 а,градус
Рис. 3. График зависимости силы штамповки от угла а: 1 - Вматр = 80 мм; 2 - Вматр = 84 мм;
Damage
1.15 | ■
1 00 1
0861 ' ■
0 718 | ■
0 574 I
0 431
0 267 | ■
0.144
0000 ' 0.000 ■ Mm
1
I
I
0.00000681 0.00000681 Min
Damage
1.00 ■
0 875 1
0750 1
0.825 ■
0500
0.376
0.250 ■
0.125
0.000 0.0000661 1 Min
3 - DMaTр = 88 мм
Щ
0.490 0.327 0.163
■
I I
б
а = 15°
0.000 1 0.000 М1П
Damage 1.14
I
гч й
Ж 0.426
I
б
а = 30°
0.000 0.000 М1п
Damage 1.00 j
0 875 0750 0 625 0500 0 375 0 250 0125
■
I
0000 1 0 0000730 Min
Damage 0.747
0.654 0.561 0.467
■
I
rnage ■
I
I
0.000 0.000 Мт
Damage 1.00
0.875 0.750 0.625 0.500 0.375 0.250 0.125
■
I
С ООО O.OOOOP11 Min
а б в
а = 45°
Рис. 4. Эскизы к оценке влияния геометрии матрицы на величину повреждаемости материала:
а - Оматр = 80 мм; б - Вмагр = 84 мм; в - Вмагр = 88 мм 230
а
в
а
в
Таким образом выявлены рациональные параметры для деформирования прутковых заготовок с активным трением. с точки зрения оценки корректного формирования геометрии детали при углах в диапазоне а = 15.. .30° и интервале диаметров матриц £>матр = 83.. .85 мм.
Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта ректора ФГБОУ ВО «Тульский государственный университет» для поддержки молодых ученых.
Список литературы
1. Пасынков А.А., Галкин Ю.С. Возможность интенсификации выдавливания прутковой заготовки в горячих условиях // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2024. Вып. 4. C. 440-444.
2. Пасынков А.А., Галкин Ю.С. Анализ изменения сил при обратном горячем выдавливании с активными силами трения// Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2024. Вып. 5. C. 428-431.
3. Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. Учебник для студентов вузов. М.: Машиностроение, 1968, 400 с.
4. Теория обработки металлов давлением / Голенкова В.А., Яковлев С.П. и др. / М. Машиностроение. 2009. 442 с.
5. Чудин В.Н., Пасынков А.А. Нестационарные процессы изотермической штамповки // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением. 2018. №6. С. 23-28.
5. Малинин Н.Н. Ползучесть в обработке металлов. М.: Машиностроение, 1986. 216 с.
6. Пасынков А.А., Борискин О.И., Ларин С.Н. Теоретические исследования операции изотермической раздачи труб из труднодеформируемых цветных спавов в условиях кратковременной ползучести // Цветные металлы. 2018. №2. С. 74-78.
7. Larin S.N., Pasynkov A.A. Analysis of forming properties during the isothermal upsetting of cylindrical work-pieces in the viscous-plasticity mode // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Volume 441, Issue 1, 2 November 2018.
8. Alves L.M., Afonso R.M., Silva C.M.A., Martins P.A.F. Boss forming of annular flanges in thin-walled tubes. Journal of Materials Processing Technology. 2017, Volume 250, December. P. 182-189
9. Полухин П.И., Гун Г.Я., Галкин А.М. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов. Справочник. M., Металлургия, 1976. 488 с.
Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Галкин Юрий Сергеевич, аспирант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
STUDY OF THE GEOMETRY OF THE WORKING TOOL ON THE EXTRUSION PROCESS WITH ACTIVE FRICTION
FORCES
A.A. Pasynkov, Y.S. Galkin
The article considers the shaping operation, which consists in deforming a bar billet with a cylindrical punch in a moving matrix, which forms active friction forces, due to which, together with the geometry of the matrix, an additional deformation center is created. A simulation of the extrusion process with pushing and an additional deformation center in the wall for different geometric characteristics of the tool is performed. The deformation parameters and the possibility offracture are evaluated depending on the taper angle of the larger cylinder of the matrix and its diameter.
Keywords: extrusion, modeling, shaping, force, active friction.
Pasinkov Andrey Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State
University,
Galkin Yuri Sergeevich, student, mpf-tula@rambler ru, Russia, Tula, Tula State University
