CC BY
11
One of the types of the input part of the working mandrel during the corrugation operation is considered. A study of the power parameters and evaluation of the geometric shape of the resulting product.
Key words: corrugation, cylindrical billet, corrugated grid, local deformation, force,
quality.
Yakovlev Sergey Sergeevich, master, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Korotkov Viktor Anatolievich, candidate of technical sciences, еngineer, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.771
ИЗОТЕРМИЧЕСКОЕ ОБРАТНО Е ВЫДАВЛИВАНИЕ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК С ИСТЕЧЕНИЕМ МЕТАЛЛА ПО ВНУТРЕННЕМУ
КОНТУРУ ПУАНСОНА
А.А. Пасынков, С.В. Недошивин, Н.С. Пасынкова
Рассмотрена операция изотермического выдавливания трубной заготовки из алюминиевого сплава, особенностью которой является истечение металла по контактной границе с пуансоном. Исследовано влияние скорости деформирования на течение металла и силовые режимы операции.
Ключевые слова: обратное выдавливание, изотермическое деформирование, анализ, силовые режимы.
Цилиндрические пустотелые изделия с утолщенной краевой частью принято получать осадкой части заготовки, но ее формирование так же возможно операцией обратного выдавливания, при котором течение металла происходит по контактной границе с пуансоном. В данной статье рассмотрена данная операция в части определения характера течения металла и силовых режимов. На рис. 1 представлена схема рассматриваемого процесса. Деформированию подвергается труба высотой 60 мм, диаметром 100 мм и толщиной стенки 15 мм из алюминиевого сплава АМг4. Формоизменение происходит при постоянной температуре 450 °С .
ДО ! $
Рис. 1. Схема исследуемого процесса
26
Диаметр матрицы DM принимался равным диаметру заготовки. Диаметр пуансона по внутреннему контуру принимался равным Dn — 96, 90, 84, 78 мм. В процессе исследования силовых режимов для оценки величины деформации принималась величина редукции
_Dl - Do
r — —--—. Было выполнено моделирование данного процесса с разными
DM - Do2
соотношениями геометрических размеров в программе DEFORM.
На рис. 2 представлены схемы операции со сформированной геометрией изделия на конечном этапе деформирования для разных скоростей перемещения исполнительного инструмента.
а б
r — 0,6
а б
r — 0,45
а б
r — 0,25
Рис. 2. Схемы процесса: а - Vo = 1 мм/мин; б - Vo = 50 мм/мин
27
Как видно из рис. 2, при меньших величинах деформации (г = 0,6 и г = 0,45 ) и меньших скоростях деформирования наблюдается формирование наиболее неравномерной концевой части изделия, что очевидно связано с характером течения металла.
На рис. 3 представлены схемы операций для скорости Уо = 1 мм/мин с разными коэффициентами трения.
а б в г
Рис. 3. Схемы процесса: а - г = 0,6, т = 0,05 ; б - г = 0,45 , т = 0,05 в - г = 0,6, т = 0,35 ; г - г = 0,45 , т = 0,35
Из схем на рис. 3 видно, что при скорости деформирования V) =1мм/мин и коэффициенте трения, величина которого снижена до т = 0,05 выравнивания концевой части выдавливаемой стенки не наблюдается. При коэффициенте трения, величина которого увеличена до т = 0,35 , происходит выравнивание концевой части выдавливаемой стенки по внутреннему контуру. Таким образом, установлено, что варьирование коэффициента трения может привести к улучшению качества торцовой части выдавливаемой стенки.
На рис. 4 представлены схемы деформирования для величины редукции г = 0,45, г = 0,6, коэффициента трения т = 0,25 и радиуса скругления рабочей кромки пуансона 2,5 мм.
а б
Рис. 4. Схемы процесса: а - г = 0,6, т = 0,25 , Я = 2,5 мм;
б - г = 0,45 , т = 0,25 , Я = 2,5 мм 28
Из данных схем видно, что при скорости деформирования V) =1мм/мин и неизменных условиях трения подбором радиуса скругления рабочей кромки пуансона возможно добиться выравнивания геометрии торцового элемента выдавливаемой стенки, но только при больших степенях деформации.
Для всех рассмотренных случаев сочетания технологических параметров была выполнена оценка сил на деформирующем пуансоне.
На рис. 5 представлена зависимость силы деформирования от величины редукции для разных значений коэффициентов трения.
Р, кН
2000 1500 1000 500 О
0,25 0,425
Рис. 5. Зависимость силы деформирования от величины редукции: 1 - т = 0,05; 2 - т = 0,25; 3 - т = 0,4
На рис. 6 представлена зависимость силы деформирования от радиуса скругления кромок пуансона.
Р, кН
1 1.5 2 2,5 ТУ , ,, ,
К, мм
Рис. 6. Зависимость силы деформирования от радиуса скругления кромок пуансона: 1 - Уо = 1 мм/мин; 2 - Уо = 50 мм/мин
На рис. 7 представлена зависимость силы деформирования от величины редукции при разных значения скорости деформирования.
Как видно из зависимостей, приведенных на рис 5 - 7, изменение редукции с 0,6 до 0,25 ведет к росту силы деформирования в 5 - 6 раз. Сам процесс можно разделить на два этапа - плавный рост сил в диапазоне редукций г = 0,25...0,4 и более интенсивный рост сил в диапазоне редукций г = 0,4.. .0,6. Увеличение трения при редукции г = 0,25 ведет к росту силы на 30 %. Увеличение трения при редукции г = 0,6 ведет к росту сила на 50 %. Но стоит оговориться, что несмотря на большую интенсивность роста сил при больших редукциях, их значения не велики. Увеличение радиуса скругления рабочей кромки пуансона приводит к снижению сил на 4 %. Влияние скорости деформирования при больших деформациях незначительно. При больших значениях редукции увеличение скорости ведет к росту сил в 2 раза.
/5
/ 2
/ 1
Р, кН
lepo
1400 1200 1000 800 600 400 200 О
0,25 0,425 Т
Рис. 7. Зависимость силы деформирования от величины редукции: 1 - Vo = 1 мм/мин; 2 - Vo = 50 мм/мин
На рис. 8 представлена зависимость силы деформирования от положения деформирующего пуансона (величина b) относительно края матрицы
при Du — Du = 84 мм или r = 0,6 . Величина b = 7 мм соответствует положению пуансона относительно торца заготовки, соответствующего рассмотренному в данной статье. Величина b = 0 мм соответствует положению пуансона, когда он прилегает к оправке. Величина b = 3,5мм соответствует положению пуансона, когда он располагается по центру относительно торца трубной заготовки.
Из рис. 8 видно, что при расположении пуансона по центру рабочего отверстия в матрице наблюдается увеличение силы относительно его расположения ближе к краям на 30 %, что можно связать с ростом площади контактного трения.
Р, кН
Рис. 8. Зависимость силы деформирования от положения деформирующего пуансона
Выводы. Анализ полученных результатов позволяет сказать, что для обеспечения рациональных силовых режимов и наилучшей геометрии изделия следует при больших степенях деформации реализовать снижение величины контактного трения (на 30 %). Снижение скорости позволит добиться снижения силовых параметров на 12 %. При меньших степенях деформации главным фактором является обеспечение корректной геометрии концевой части детали. Для этого требуются увеличение радиуса скругле-ния рабочих кромок инструмента и рост скоростей деформирования.
Работа выполнена в рамках гранта РФФИ 20-08-00541.
30
Список литературы
1. Теория пластических деформаций металлов / Е.П. Унксов, [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. Metastable material conditions for forming of sheet metal parts combined with thermomechanical treatment / Verena Krusel, Peter Birnbaum, Andreas Kunke, Rafael Wertheim // CIRP Annals - Manufacturing Technology. 2016. Volume 65 Issue 1. P. 301-304.
4. Determination of optimal gas forming conditions from free bulging tests at constant pressure / S.A. Aksenov, E.N. Chumachenko, A.V. Kolesnikov, S.A. Osipov // 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, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Недошивин Сергей Владимирович, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Пасынкова Надежда Станиславовна, студентка, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
ISOTHERMAL REVERSE EXTRACTION OF TUBE BILLETS WITH THE EXHA UST OF THE METAL BY THE INTERNAL PUNCON CIRCUIT
A.A. Pasynkov, S.V. Nedoshivin, N.S. Pasynkova
The article describes the operation of isothermal extrusion of a tube billet of aluminum alloy, a feature of which is the outflow of metal at the contact boundary with the punch. The influence of the strain rate on the metal flow and the force modes of the operation is investigated.
Key words: backward extrusion, isothermal deformation, analysis, power modes.
Pasynkov Andrey Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Nedoshivin Sergey Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Pasynkova Nadezhda Stanislavovna, student, sulee@,mail.ru Russia, Tula, Tula State University
