CC BY
5
Romanov Pavel Vitalyevich, postgraduate, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Kharchenko Anton Vitalievich, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-2-11-14
ИЗГОТОВЛЕНИЕ АСИММЕТРИЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ ВЫДАВЛИВАНИЕМ
К.А. Березина
В работе рассматривается процесс получения асимметричного изделия методом холодной объемной штамповки. Технология анализируется с точки зрения технологической силы, геометрической формы изделия, напряженного и деформированного состояния в объеме полуфабриката. Приводятся график силы, схемы распределения напряжений, деформаций и повреждаемости для того, чтобы более комплексно оценить протекаемый процесс, так как операции холодной объемной штамповки представляют собой ряд сложных технологических операций, особенно это касается получения асимметричных изделий.
Ключевые слова: напряжения, деформации, сила, ассиметричная, обработка, холодная штамповка, давление.
Обработкой давлением возможно получить большое разнообразие деталей, как по форме, так и по материалу, и на разном оборудовании, будь то гидравлические или кривошипные пресса, или другое оборудование. Поэтому эти технологии получили широкое распространение на различных по отраслям: машиностроение, судостроение, авиастроение, упаковочное производство, изготовление элементов потребительского рынка и т.д. Что обеспечивается еще и высокой точностью изготовления, и ее высокой скоростью, поэтому научные исследования процессов обработки металлов давлением являются весьма актуальными и перспективными [14]. К тому же большое разнообразие исследуемых и оцениваемых факторов и характеристик делает такие исследования весьма трудоемкими, но с приходом автоматизированных расчетов с помощью конечных элементов, эта задача немного упростилась [5-10].
В частности, изготовление асимметричных деталей из металлических сплавов является сложной задачей, в данном случае давлением возможно получить качественное изделие с наименьшим количеством отхода материала. В работе будет рассмотрено получение детали (рис. 1) с помощью операции холодной объемной штамповки в открытом штампе, так как данный способ предположительно наиболее оптимальный. Целью данного исследования является анализ напряжений, деформаций, силы и повреждаемости, что дает довольно полную картину о настоящем процессе получения требуемой по форме детали. Данное изделие может быть использовано как втулка со стопорным элементом, подставка, элемент крепежа и для других целей.
Рис. 1. Полуфабрикат 11
Необходимо получить полуфабрикат детали из стали 10 диаметром 60 мм, высотой 300 мм. Для этого было проведено моделирование холодной объемной штамповки в специальной программе. Цилиндрическую заготовку укладывали в полость матрицы с последующим оказанием давления на материал фигурным пуансоном, повторящим внутреннюю полость изделия. Формоизменение проходило при температуре жесткопластического материала равной 22 градуса, инструмент является недеформируемым, жестким. График силы представлен на рис. 2.
WIT,
КЕЕ
1400
1290
1000
SOO
«о
400
293
С.» 0.02 0.11 0.« Ci.CS 0.1 □ 0.12 0.14 0.16 0.1» 0.2-3 С.22 0.24 :0.27КБ ОЙО Время, с
Рис. 2. Технологическая сила (кН)
Как видно из графика (рис. 2), максимальная величина силы достигается ближе к концу рабочего хода и составляет примерно 1,55 МН, что является довольно существенной величиной и связано с тем, что проходит объемная штамповка холодной стали. График имеет такой вид в основном за счет характера перераспределения металла при внедрении фигурного пуансона в материал заготовки. Далее рассмотрим интенсивность деформаций (рис. 3).
Б.й 5.5 5.0 4.5 4.0 15 1Л а.5 2.0 и 1.0 0.5 0.0
Рис. 3. Интенсивность деформаций
Наибольшие деформации наблюдаются в зоне образовавшейся полости. В основном глубина проникновения наибольших деформаций не превышает 2 мм. При этом наибольшая распределённая по площади величина деформаций составляет примерно 400%. Что касается остального объема материала, то интенсивность деформаций в них не превышает 50%. Далее рассмотрим распределение интенсивности напряжений (рис. 4).
В зоне верхней части центрального выступа величина интенсивности напряжений составляет не более 200 МПа, в остальных же зонах этот параметр значительно выше и достигает 700 МПа у основания детали. В верхней части внешних стенок напряжения достигают 450 МПа. Далее рассмотрим очень важный параметр, характеризующий повреждаемость в заготовке.
Наибольшая величина повреждаемости может составлять единицу, что свидетельствует о разрушении материала в зоне, где достигается это значение. И чем ниже повреждаемость, тем расширеннее возможность применения изделия в различных отраслях. Так в рассматриваемом случае изготовление асимметричной детали холодной штамповкой величина повреждаемости достигает не более 0,6, что является приемлемым показателем для данного вида изделий и при этой технологии.
ТОО
eso 600 5» 500 J50 400 ЗИ МО 250 200 m 100 so
Рис. 4. Интенсивность напряжений
1.00 0.90 0.30 0.7D 0.60 0.50 0.40 0.30 020 0.10 0.00
Рис. 5. Повреждаемость
Таким образом, было исследовано получения стальной заготовки методом холодной объемной штамповки в открытом штампе. Было установлено, что сила процесса достигает 1,55 МН, наибольшие деформации, повреждаемость и напряжения достигают 400%, 0,6 и 700 МПа соответственно. При этом подобная деталь может использоваться как изделие ответственного и неответственного назначения ввиду небольших значений повреждаемости и только поверхностном ее распределении.
Список литературы
1. Бессмертная Ю.В., Яковлев Б.С. Исследование силовых режимов изотермической вытяжки низких коробчатых деталей из овальных анизотропных заготовок // Вестник машиностроения. 2017. № 5. С. 78-83.
2. Яковлев С.С. Анализ интенсивности напряжений и деформаций при рифлении внутренней поверхности // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 5. С. 88-93.
3. Пасынков А.А. Изотермическое выдавливание ребер на плите // Заготовительные производства в машиностроении. 2020. Т. 18. № 4. С. 158-161.
4. Пасынков А.А., Гололобова Л.Е. Исследование силовых и деформационных параметров при боковом выдавливании // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 2. С. 370-375.
5. Ларин С.Н., Платонов В.И. Анализ изменения геометрии изделий при изотермическом свободном деформировании титановых сплавов в квадратную матрицу // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2018. № 4-2 (330). С. 57-62.
6. Яковлев С.С. Оценка влияния геометрии инструмента на напряжения в заготовке и силу при раздаче // Материалы XLIII Международной молодёжной научной конференции «Га-гаринские чтения». М: МАИ. 2017. С. 372-373.
7. Пасынков А.А., Яковлев Б.С., Трегубов В.И. Анализ влияние угла конусности на изотермический обжим трубных заготовок // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 10. С. 436-440.
8. Ремнев К.С., Яковлев С.С., Калашников А.Е. О потере устойчивости тонких анизотропных заготовок при вытяжке осесимметричных деталей // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2014. № 11. С. 32-35.
9. Яковлев С.С., Пасынков А.А. Теоретические и экспериментальные исследования операции горячей штамповки в разъемных матрицах // Известия МГТУ МАМИ. 2013. Т. 2. № 2 (16). С. 92-96.
10. Архипцев А.С. Влияние формы матрицы на напряжения, деформации и силовые режимы вытяжки с утонением стенки // Молодежный вестник политехнического института. Тула: Изд-во ТулГУ. 2019. С. 166-168.
Березина Ксения Алексеевна, студентка, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
MANUFACTURE OF ASYMMETRIC PRODUCTS BY EXTRUSION
K.A. Berezina
The paper considers the process of obtaining an asymmetric product by cold forging. The technology is analyzed from the point of view of the technological force, the geometric shape of the product, the stressed and deformed state. A force graph, stress distribution diagrams, deformations and damage are given in order to more comprehensively assess the ongoing process, since cold die forging operations are a series of complex technological operations, especially when it comes to obtaining asymmetric products.
Key words: stresses, deformations, force, asymmetric, processing, cold forging, pressure.
Berezina Ksenia Alekseevna, undergraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.77; 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-2-14-18
ПРЯМОЕ ХОЛОДНОЕ ВЫДАВЛИВАНИЕ КОЛЬЦЕВОЙ ОБОЛОЧКИ
А.В. Алексеев, И.С. Хрычев
В статье приведены результаты моделирования прямого выдавливания алюминиевой кольцевой оболочки холодном состоянии применительно к изготовлению ступичных изделий ответственного назначения. Установлены рациональные режимы деформирования.
Ключевые слова: прямое выдавливание, сила, геометрия, деформирование.
В статье рассмотрена операция - прямого холодного выдавливания кольцевой оболочки, позволяющая добиться значительных степеней деформации. Данный процесс позволит получить изделия ступичного типа из относительно тонких колец [1-4]. Применение таких изделий возможно, в качестве соединительных элементов концов труб различного сечения. Рассмотрен процесс получения фланцев из алюминиевого сплава В95. Соединение должно отличаться стабильным качеством и одновременно высокой прочностью. Ввиду того, что деформирование будет реализовано в комнатных условиях очень внимательно надо подходить к назначению режимов деформирования. Важно назначать их таким образом, чтобы исключить значительных нагрузок на инструмент и возможность разрушения материала заготовки. Далее в работе приведены результаты моделирования прямого выдавливания алюминиевой кольцевой оболочки холодном состоянии применительно к изготовлению ступичных изделий ответственного назначения.
Предполагается что материалом кольцевых заготовок является сплав алюминия В95. Температурный режим штамповки - деформирование в холодных условиях. На рис. 1 представлен эскиз операции с указанием исследуемых параметров. Заготовкой под выдавливание принимали кольцо диаметром Dвн = 100 мм; Овнутр = 70 мм. Толщина заготовки
