CC BY
15
УДК 621.771
ИЗОТЕРМИЧЕСКОЕ ДЕФОРМИРОВАНИЕ КОРПУСНЫХ ИЗДЕЛИЙ С ТОЛСТЫМ ДНОМ В ЦИЛИНДРИЧЕСКУЮ
МАТРИЦУ
А.А. Пасынков, И.И. Матасов, Б.С. Яковлев
В статье приведены результаты исследований, основанных на моделировании процесса изотермического обратного выдавливания трудной заготовки из алюминиевого сплава. Предполагается что изделия имеют дно в несколько раз толщиной больше чем толщина стенки. Проанализировано изменение напряженно-деформированного состояния заготовки и силовые параметры.
Ключевые слова: обратное выдавливание, трубные заготовки, исследование
анализ.
Рассмотрим операцию выдавливания трубной заготовки из сплава АМг4. Матрица имеет цилиндрическую форму рабочего отверстия с диаметром Вм = Язаг = 100 мм. Пуансон так же имеет цилиндрическую форму. Его рабочий диаметр Япуанс изменялся в ходе анализа в
зависимости от толщины заготовки и требуемой толщины выступа. При анализе данной операции основным исследуемым фактором являлась величина относительного диаметра пуансона, равная
(2 2 \ 2 (Яд ет Яотв) (Ядет Япуанс) //(Ядет Яотв) . В качестве заготовки принималась труба с диаметром Язаг = 100 мм, высотой H = 30 мм и разной толщиной. На рис. 1 представлена схема рассматриваемого процесса выдавливания (а) и эскиз заготовки (б). Деформирование происходит в изотермических условиях. Температура заготовки составляет 450°С.
а б
Рис. 1. Схема выдавливания (а) и эскиз заготовки (б)
На рис. 2 представлены полученные в ходе моделирования схемы процесса, показывающие распределение средних нормальных напряжений в площади поперечного сечения детали.
457
а б в г
д е ж
Рис. 2. К оценке средних нормальных напряжений в детали:
а - г = 5 мм, г = 0,75; б - г = 5 мм, г = 0,9; в - г = 10 мм, г = 0,85; г - г = 10 мм, г = 0,95; д - г = 15 мм, г = 0,7; е - г = 15 мм, г = 0,88;
ж - г = 15 мм, г = 0,98
Представленные выше схемы позволяют оценить распределение напряжений в теле изделия. В целом из визуального анализа можно сказать, что рост величины редукции приводит к заметному росту сжимающих напряжений. Растягивающие напряжения во всех представленных случаях не сильно отличаются.
В ходе моделирования был проведен более точный анализ напряженного состояния изделия в процессе деформирования. На рис. 3-6 представлены полученные зависимости влияния величины редукции и скорости деформирования на сжимающие и растягивающие напряжения.
а,МПа
1ч
_____—- Л
0,75 0,77 0,79 0,81 0,33 0,85 0,37
Рис. 3. Влияние величины редукции и скорости деформирования на максимальные сжимающие напряжения (г = 5): 1 - V = 10мм / мин;
2 - V = 1мм / мин 458
(5,МПа
К
~ 2
Рис. 4. Влияние величины редукции и скорости деформирования на максимальные сжимающие напряжения (? = 15):1 - V = 10мм / мин;
2 - V = 1мм / мин
<у,МПа
1
Рис. 5. Влияние величины редукции и скорости деформирования на максимальные растягивающие напряжения (? = 5):
1 - V = 10мм / мин; 2 - V = 1мм / мин
а.МПа
Л
шк
Рис. 6. Влияние величины редукции и скорости деформирования на максимальные сжимающие напряжения (? = 15): 1 - V = 10мм / мин;
2 - V = 1мм / мин
Анализ графиков, представленных на рис. 3-6 позволил установить, что увеличение величины редукции приводит к росту сжимающих напряжений для всех рассматриваемых толщин трубных заготовок. Растягивающие напряжения для трубных заготовок толщиной 5 мм с ростом редукции растут, но для заготовок толщиной 15 мм данные напряжения снижа-
459
ются. Снижение скорости деформирования позволяет добиться снижения сжимающих напряжений в 4 раза для заготовок толщиной 5 мм и в 2 раза для заготовок толщиной 15 мм. Растягивающие напряжения так же снижаются с уменьшением скорости деформирования для заготовок толщиной 5 мм они снижаются в 2 раза. для заготовок толщиной 15 мм - на 50 %.
На рис. 7-8 представлены зависимости изменения силы выдавливания для разных толщин заготовок от величины редукции и скорости деформирования.
Р^кН
1Ч
Рис. 7. Влияние величины редукции и скорости деформирования на силу деформирования (? = 5): 1 - V = 10мм / мин; 2 - V = 1мм / мин
Р,кН
1
Рис. 8. Влияние величины редукции и скорости деформирования на силу деформирования (? = 15): 1 - V = 10мм / мин; 2 - V = 1мм / мин
Проанализировав данные, показанные на рис. 7 и 8 можно сделать выводы, что для разных толщин стенок заготовки зависимость изменения силы от редукции выглядит по-разному. Для толщины 5 мм эта зависимость носит линейный характер, и с увеличением редукции с 0,75 по 0,9 сила растет на 50 %. Для толщины стенки 15 зависимость носит нелинейный характер. Здесь до значений редукции 0,85 сила растет на 30 %. Начиная со значений редукции 0,85 сила увеличивается более интенсивно - в 4 раза.
Полученные результаты можно использовать как рекомендации при создании технологических процессов изготовления корпусных изделий из трубных заготовок.
Работа выполнена в рамках гранта РФФИ 20-08-00541.
Список литературы
1. Теория пластических деформаций металлов / Е.П. Унксов, У. Джонсон, В .Л. Колмогоров и др. М.: Машиностроение, 1983. 598 с.
2. Zhengyang Cai, Min Wan, Zhigang Liu, Xiangdong Wu, Bolin Ma, Cheng Cheng Thermal-mechanical behaviors of dual-phase steel sheet under warm-forming conditions // International Journal of Mechanical Sciences. 2017. Volume 126. P. 79-94.
3. Verena Krusel, Peter Birnbaum, Andreas Kunke, Rafael Wertheim Metastable material conditions for forming of sheet metal parts combined with thermomechanical treatment // CIRP Annals - Manufacturing Technology. 2016. Volume 65. Issue 1. P. 301-304.
4. Aksenov S.A., Chumachenko E.N., Kolesnikov A.V., Osipov S.A. Determination of optimal gas forming conditions from free bulging tests at constant pressure // Journal of Materials Processing Technology. 2015. Volume 217. P. 158-164.
5. Kyung-Hun Leea, Byung-Min Kim Advanced feasible forming condition for reducing ring spreads in radial-axial ring rolling International Journal of Mechanical Sciences. 2013. Volume 76. P. 21-32.
Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доцент, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Матасов Игорь Игоревич, соискатель, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Яковлев Борис Сергеевич, канд. техн. наук, доцент, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ISOTHERMAL DEFORMATION OF THICK-BASED HOUSING PRODUCTS
IN A CYLINDRICAL MATRIX
A.A. Pasynkov, I.I. Matasov, B.S. Yakovlev
The article presents the results of studies based on modeling the process of isothermal extrusion of a difficult workpiece from an aluminum alloy. It is assumed that the products have a bottom several times thicker than the wall thickness. The change in the stress-strain state of the workpiece and the power parameters are analyzed.
Key words: back extrusion, tube billets, research analysis.
Pasynkov Andrey Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Matasov Igor Igorevich, applicant, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Yakovlev Boris Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
