CC BY
20
УДК 621.983; 539.974
ИССЛЕДОВАНИЯ ЭНЕРГОСИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ВЫСАДКИ КОНЦОВ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК В ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
Представлены результаты теоретических исследований напряженного и деформированного состояния заготовок при горячей высадке концов труб при постоянной регламентированной температуре и скоростях деформирования. Установлено влияние технологических параметров процесса и геометрических параметров заготовки на силовые режимы, напряженное и деформированное состояние. Исследование проводилось в среде программного комплекса ^отш 2В/3В, основанного на базе метода конечных элементов. Сравнение полученных данных с результатами экспериментов показывает удовлетворительную сходимость.
Ключевые слова: высадка, ^отш 2Б/3Б, изотермические условия, скорость деформирования, сила, напряжения.
В данной статье представлено продолжение теоретических исследований, основанных на верхнеграничной теореме пластичности [1], изотермической высадки концов труб из высокопрочных материалов при регламентированных скоростях штамповки. Схема рассматриваемой операции приведена на рис. 1.
В данной работе в продолжение уже выполненных теоретических исследований выполнены исследования влияния технологических параметров на силовые режимы операции высадки с нагревом фланцевых
А.А. Пасынков
Рис. 1. Схема высадки
утолщений на трубных заготовках в среде программного комплекса Qform 2Б/3Б. Исследования выполнены для алюминиевого АМг6 (ат = 210МПа; ав = 340МПа ; П = 750МПа) и титанового ВТ6С (ат = 210МПа; ав = 340МПа; П = 750МПа) сплавов. Расчеты выполнены при следующих геометрических характеристиках заготовки: И = 3 мм; й2 = 40; 35; 45 мм; различных коэффициентах трения р = 0,15; 0,4; 0,7 и скоростях деформирования V = 1...10 мм / с.
На рис. 2 приведены 3Б-модели заготовки и инструмента. Предполагалось, что деформирование производится на гидравлическом прессе силой 50 МН при температурах деформирования 930 °С для титанового сплава и 450 °С алюминиевого сплава в изотермических условиях.
Рис. 2. ЗБ-модели инструмента и заготовки: 1 - заготовка; 2 - пуансон; 3 - матрица; 4 - оправка
На рис. 3 - 4 представлены схемы распределения деформаций по сечению заготовки при изотермической высадке для сплава при различных сечениях заготовок и коэффициентах трения для алюминиевого АМг6 и титанового ВТ6С сплавов. Из представленных схем видно, что интенсивность деформаций падает с увеличением трения и возрастает с увеличением относительной толщины заготовки. Из анализа представленных схем можно сделать вывод о том, что максимальные деформации располагаются на угловых элементах инструмента и на линии между ними.
16
т=0,15 т=0,4 т=0,7 т=0,15 т=0,4 т=0,7
а б
т=0,15 т=0,4 т=0,7
в
Рис. 3. Распределение деформаций по сечению заготовки при изотермической высадке для сплава ВТ6с:
а - 1 = 0,1; б - 1 = 0,15; в - 1 = 0,2
т=0,15 т=0,4 т=0,7 т=0,15 т=0,4 т=0,7
а б
т=0,15 т=0,4 т=0,7
в
Рис. 4. Распределение деформаций по сечению заготовки при изотермической высадке для сплава АМг6:
а - 1 = 0,1; б - 1 = 0,15; в - 1 = 0,2
На рис. 5 - 6 представлены схемы распределения интенсивностей напряжений по сечению заготовки при изотермической высадке для алюминиевого АМг6 и титанового ВТ6С сплавов. Из представленных схем видно, что напряженное состояние заготовок максимально на внешней поверхности заготовке, в месте формирования "бочки". Установлено, что как с увеличением трения, так и с увеличением относительной толщины заготовки интенсивность напряжений возрастает. Впрочем, при заданных технологических параметрах напряжения не достают критической величины, приводящей к повреждению материала заготовки.
т = 0,15 т = 0,4
т=0,7
а
т=0,15
т=0,4 б
т=0,7
т=0,15 т=0,4 т=0,7 в
Рис. 5. Схема к оценке интенсивности напряжений (МПа) в сечении заготовки при изотермической высадке для сплава ВТ6с
Для более наглядного представления о влиянии технологических параметров на протекание процесса формоизменения были построены зависимости изменения силы процесса от величины хода инструмента при различных значениях трения и относительных толщин заготовки (рис. 6 - 10). Нелинейных характер кривых на представленных графиках свидетельствует о неравномерности структуры материалов заготовок. Для зависимостей, относящихся к заготовкам из титанового сплава, характерны большие значения силы деформирования.
т=0,15 т=0,4 т=0,7
в
Рис. 6. Схема к оценке интенсивности напряжений (МПа) в сечении заготовки при изотермической высадке для сплава АМгбм
Рис. 7. Зависимости изменения силы высадки от величины хода инструмента при 1 = 0,15 для сплава ВТ6с: 1 - | = 0,15; 2 - | = 0,4; 3 - | = 0,7
Рис. 8. Зависимости изменения силы высадки от величины хода инструмента при я = 0,2 для сплава ВТ6с: 1 - | = 0,15; 2 - | = 0,4; 3 - | = 0,7
Рис. 9. Зависимости изменения силы высадки от величины хода инструмента при я = 0,15 для сплава АМг6: 1 - | = 0,15; 2 - | = 0,4; 3 - | = 0,7
Рис. 10. Зависимости изменения силы высадки от величины хода инструмента при я = 0,2 для сплава АМг6: 1 - | = 0,15; 2 - | = 0,4; 3 - | = 0,7
Из анализа представленных зависимостей было установлено, что своих максимальных величин силы достигают в конце хода пуансона. Так же было выявлено, что как с увеличением трения, так и с увеличением относительной толщины заготовки сила возрастает.
На рис. 10 - 11 представлены зависимости изменения силы от коэффициента трения. Установлено что с увеличением трения сила возрастает.
Рис. 11. Зависимости изменения силы высадки от трения
для сплава ВТ6с
Рис. 12. Зависимости изменения силы высадки от трения
для сплава АМг6
Для точной оценки напряженно-деформированного состояния в толщине заготовки были выбраны три точки, схема расположения которых приведена на рис. 13. Для оценки степени деформации и интенсивности напряжений в этих точках были построены зависимости, приведенные на рис. 13 - 15. Из анализа этих графиков было установлено, что степень деформации достигает наибольших значений в точке 2. В точках 1 и 3 она практически равна. В точке 3 напряжения достигают своих максимальных значений. В точках 1 и 2 они отличаются, но незначительно.
Рис. 13. Схема высадки с точками в сечении
О 0.5 : 1.5 £ с
Рис. 14. Зависимости изменения степени деформации от времени деформирования для сплава АМг6:1 - в точке Р1; 2 - в точке Р2;
3 - в точке Р3
Рис. 15. Зависимости изменения интенсивности напряжений от времени деформирования для сплава АМг6:1 - в точке Р1;
2 - в точке Р2; 3 - в точке Р3
Сравнение данных, предоставленных в данной статье, с данными, основанными на верхнеграничной теореме пластичности, говорит о достаточной степени сходства [2 - 4]. Закономерности изменения зависимостей технологических параметров в данных исследованиях совпадают с экспе-
22
риментальными и теоретическими, основанными на верхнеграничной теореме пластичности, что говорит о допустимости использования программного комплекса Qform 2D/3D для исследования объемных процессов штамповки в изотермических условиях.
Работа выполнена в рамках грантов РФФИ № 15-48-03234_р_центр_а и РФФИ № 14-08-00066 а.
Список литературы
1. Яковлев С.С., Пасынков А.А., Ларина М.В. Оценка влияния технологических параметров процесса бокового выдавливания по плоской схеме деформаций на силовые режимы и качество получаемых изделий // Известия Тульского госудаственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. Вып. 10. С. 13-19.
2. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных материалов / С.П. Яковлев, В.Н. Чудин, С.С. Яковлев, Я. А. Соболев. М.: Машиностроение, 2004. 427 с.
3. Изотермическое формоизменение анизотропных материалов жестким инструментом в режиме кратковременной ползучести / С. С. Яковлев, С.П. Яковлев, В.Н. Чудин, В.И. Трегубов, А.В. Черняев. М.: Машиностроение, 2009. 412 с.
4. Теория обработки металлов давлением: учебник для вузов / В. А. Голенков, С.П. Яковлев, С. А. Головин, С.С. Яковлев, В. Д. Кухарь; под ред. В.А. Голенкова, С.П. Яковлева. М.: Машиностроение, 2009. 442 с.
Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
RESEARCH POWER PARAMETERS END UPSET TUBE BILLETS UNDER
ISOTHERMAL CONDITIONS
A.A. Pasynkov
This article presents the results of theoretical studies of stress and strain state of preparations in the hot landing pipe ends at a constant regulated temperature and strain rates. The influence of process parameters and geometric parameters of the workpiece on the power modes, stress and strain state. A study made in an environment software package Qform 2d / 3d, based on the basis of the finite element method. Comparison of the data in the article with the results of experiments showing satisfactory convergence.
Key words: landing, Qform 2d / 3d, isothermal conditions, deformation speed, strength, power.
Pasynkov Andrey Aleksandrovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
