CC BY
2
ТЕХНОЛОГИИ И МАШИНЫ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ
УДК 621.983.3.539.376
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-8-217-218
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГЕОМЕТРИИ РАБОЧИХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЕФОРМИРУЮЩЕГО ПУАНСОНА НА КИНЕМАТИКУ ТЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛА
А.А. Пасынков, В.И. Трегубов, И.С. Хрычев
В статье приведены результаты исследования влияния геометрии рабочих элементов деформирующего пуансона на возможность локальной потери устойчивости металла при формировании внутренних ступенчатых кольцевых ребер на толстостенном стакане из высокопрочного титанового сплава. Исследовано влияние различных вариантов геометрии рабочих поверхностей пуансона на формирование утолщений. Сделаны рекомендации по подбору геометрии для обеспечения наилучшего течения металла при деформировании. Оценка выполнялась путем анализа результатов моделирования процесса, выполненного в сае-системе DEFORM.
Ключевые слова: моделирование, формообразование, деформирование, деформации, сила, исследование.
При объемном деформировании элементов сплошных или пустотелых заготовок сложнопрофильным инструментом возможна потеря слошности или формирование заусенцев и их заштамповка в тело детали, что негативно может сказаться на их эксплуатационных характеристиках [1-4]. В статье рассмотрена операция штамповки, заключающаяся в формировании внутренних ступенчатых кольцевых ребер на стакане из высокопрочного титанового сплава. Область применения такого рода деталей - корпусные элементы в узлах техники ответственного назначения [5-8]. Рассмотрено формирование утолщений на корпусных полуфабрикатах инструментом с различной геометрией рабочих частей в целях определения геометрии пуансона, обеспечивающей заполнение рабочих полостей без образования наплывов, заусенцев и пустот между инструментами.
Схема процесса представлена на рис. 1. Набор внутренних утолщений производится на полуфабрикатах из сплава ВТ6 при температуре деформирования 850°С, соответствующей режиму горячей штамповки. Формирование внутреннего рельефа реализуется за счет заполнения выдавливаемым металлом в полость между свободной частью заготовки и пуансоном. В процессе моделирования варьировалась скорость деформирования 30 мм/мин; коэффициент контактного трения 0,3; наружный радиус полости пуансона гп =119 мм и высота формируемого утолщения к = 40 мм. Угол конусности а = 5°. Угол ступени р = 5.. .60°. Условием выполнения операции считалось полное заполнение выступа в пуансоне под формируемое утолщение. На рис. 2 представлен эскиз пуансона с указанием варьируемых размеров представлен на рис. 1.
Рис. 1. Схема операции
Выполнено исследование влияния геометрии нижней конической части пуансона на кинематику течения материала при выдавливании утолщений. На рис. 2 представлены эскизы, иллюстрирующие сформированность геометрии детали для разных значений радиуса скругления г при угле ступени р = 5°.
Установлено, что как минимальная из варьируемых величин радиуса скругления г, так и ее увеличение приводят к заметному нарушению геометрии детали. В первом случае происходит образования наплыва и заусенца в донной части детали. Во втором происходит формирование наплыва под торцовой частью пуансона и незаполнение его рабочей полости. Во всем интервале рассматриваемых величин радиуса скругления г при угле ступени р = 5° наблюдается формирование наплыва под торцовой частью пуансона.
б
а
Рис. 2. Эскизы детали на конечной стадии деформирования: а - г = 1 мм; б - г = 5 мм; в - г = 8 мм
По результатам моделирования, полученных для углов конуса пуансона р было выполнено исследование его на кинематику течения материала при выдавливании утолщений. На рис. 3 представлены эскизы, иллюстрирующие сформированность геометрии детали для разных значений угла конусности ступени р для радиуса скругления г = 5 мм.
t f
б
а
X
в
Рис. 3. Эскизы детали на конечной стадии деформирования: а - ß = 10°; б - ß = 30°; в - ß = 50°
Установлено, что увеличение угла ß положительно сказывается на процессе формообразования. Обеспечение геометрии пуансона с углом конусности ступени ß = 50° и радиусом скругления г = 5 мм позволяет обеспечить минимизацию наплыва под торцовой частью пуансона.
Была выполнена корректировка геометрии пуансона для устранения дефекта, заключающегося в формировании наплыва под торцовой частью пуансона. На рис. 4 дан эскиз пуансона и геометрии летали.
Особенностью геометрии пуансона является обеспечение фаски углом, соответствующим углу конусности заготовки и высотой 0,2.. .0,3h. Геометрия инструмента, приведенная на рис. 4 позволяет обеспечить выдавливание утолщений на полуфабрикатах без дефектообразования.
Была выполнена оценка варьируемых геометрических параметров рабочих элементов пуансона на силу процесса. На рис. 5 представлен график изменения силы штамповки для разных сочетаний угла ß и радиуса г.
Технологии и машины обработки давлением
0,3 h
Рис. 4. Эскизы пуансона (а) и геометрии детали (б) на конечной стадии деформирования (г = 5 мм; р = 50°)
Р, кН
45000 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000
о
4 5 6
\2 я
О 0,2 0,4 0,6 0,8
Рис. 5. График изменения силы при выдавливании утолщений: 1 - г = 1 мм; р = 5°; 2 - г = 5 мм; р = 5°; 3 - г = 8 мм; р = 5°;
4 - г = 5 мм; р = 10°; 5 - г = 5 мм; р = 30°; 6 - г = 5 мм; р = 50°
Установлено, что результаты исследований по силовым режимам соответствуют данным, полученным для геометрических характеристик детали, то есть вариант геометрии, соответствующий линии 6 дает как меньшие силы, так и отсутствие геометрических дефектов.
На рис. 6 представлен график изменения силы штамповки для варианта геометрии детали, соответствующий рис. 4.
Р, кН
Рис. 6. График изменения силы при выдавливании утолщений (г = 5 мм; р = 50°>
Сила при такой геометрии пуансона на 3 % меньше, чем силы для рассмотренных ранее вариантов. Таким образом, геометрия инструмента, приведенная на рис. 4 позволяет помимо дефектообразования обеспечить силы, несколько меньшие чем в других рассматриваемых вариантах.
Вывод. Установлены геометрические параметры пуансона, позволяющие добиться наилучшего течения металла при деформировании, и, соответственно полное заполнение рабочих полостей в инструменте и отсутствие дефектов геометрии. Установлено, что в интервале радиуса скругления г = 4.. .6 мм и угла р = 40... 60° дает возможность избежать возможности формирования складок и наплывов под деформирующим пуансоном.
Работа выполнена в рамках гранта РНФ 23-29-00470.
219
Список литературы
1. Яковлев С.С., Яковлев С.П., Чудин В.Н., Трегубов В.И., Черняев А.В. Изотермическое формоизменение из анизотропных материалов жестким инструментом в режиме кратковременной ползучести. М.: Машиностроение, 2009. 412 с.
2. Романов К.И. Механика горячего формоизменения металлов. М.: Машиностроение, 1993, 240 с.
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. 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,
Трегубов Виктор Иванович, д-р техн. наук, профессор, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Хрычев Иван Сергеевич, аспирант, Россия, Тула, Тульский государственный университет
INVESTIGATION OF THE INFLUENCE OF THE GEOMETRY OF THE WORKING ELEMENTS OF A DEFORMING
PUNCH ON THE KINEMATICS OF METAL FLOW
A.A. Pasynkov, V.I. Tregubov, I.S. Hrychev
The article investigates the effect of the working elements of a deforming punch on the possibility of local loss of metal stability during the formation of internal stepped annular ribs on a glass made of high-strength titanium alloy. Various variants of the geometry of the working surfaces of the punch are considered. Recommendations are made on the selection of geometry to ensure the best metal flow during deformation. The assessment was carried out by analyzing the results of modeling the process performed in the DEFORM cae system.
Key words: modeling, shaping, deformation, deformations, force, research.
Pasinkov Andrey Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State
University,
Tregubov Viktor Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, Russia, Tula, Tula State University,
Khrychev Ivan Sergeevich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
