CC BY
3
УДК 621.77
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-569-571
К ВОПРОСУ О НАПРЯЖЕНИЯХ И ДЕФОРМАЦИЯХ В ПРОЦЕССЕ ВЫСАДКИ
АЛЮМИНИЕВОГО ОБРАЗЦА
Б.С. Яковлев, И.В. Гребенщиков
В настоящей работе ставится вопрос о напряженном и деформированном состоянии в процессе получения детали типа тело вращения с цилиндрической и фланцевой частями. Такая деталь выполняется путем проведения операции высадка, в процессе которой формируется фланцевая часть. Однако в процессе высадки формируется сложное напряженное и деформированное состояние, особенно в области формируемого фланца, в зоне перехода цилиндрической части во фланцевую, поэтому особый интерес представляет именно эта область. В связи с этим было проведено моделирование соответствующего процесса при двух температурах, соответствующих холодной и горячей обработки, при этом отличительной частью работы является оценка скорости деформаций и напряжений в трассируемой точке, расположенной в зоне перехода от цилиндрической во фланцевую часть. В работе приводятся и анализируются графики скорости деформаций, интенсивности напряжений и средних напряжений для конкретной трассируемой точки по всему рабочему ходу. Делаются выводы о том, как влияет температура штамповки на исследуемые характеристики процесса объемной штамповки.
Ключевые слова: высадка, напряжения, скорость деформаций, трассировка, моделирование.
В большинстве своем процессы обработки металлов давлением, касающиеся машиностроительного производства, подразделяются на операции ковки и штамповки, при этом штамповка является более распространенной технологией. И в свою очередь разделяется на операции листовой и объемной штамповки. Оба направления активно изучаются и применяются в промышленности [1-10], при этом и объемная и листовая штамповка характеризуются сложными деформационными изменениями в металле, что приводит к необходимости в изучении и создании математических моделей таких процессов.
В данной работе рассматривается вопрос о напряженном состоянии и деформированном в процессе получения детали типа тело вращения с цилиндрической и фланцевой частями. Такая деталь, в частности, может получаться высадкой с получением фланца с торцевой части изделия. Такой процесс может проводиться с подогревом до температуры выше температуры рекристаллизации или при температуре окружающей среды, что является соответственно горячим и холодным способом обработки металла. При этом напряженное и деформированное состояние в образце может сильно отличаться, поэтому необходимо проведение исследований для определения лучшего метода обработки. Для этого было проведено моделирование высадки алюминиевой заготовки в матрице пуансоном с помощью программы QForm.
В процессе высадки формируется сложное напряженное и деформированное состояние, особенно в области формируемого фланца, в зоне перехода цилиндрической части во фланцевую, поэтому особый интерес представляет именно эта область. В связи с этим было проведено моделирование соответствующего процесса при двух температурах, соответствующих холодной и горячей обработки, при этом отличительной частью работы является оценка скорости деформаций и напряжений в трассируемой точке, расположенной в зоне перехода от цилиндрической во фланцевую часть. Были получены графики скорости деформаций (рис. 1), интенсивности напряжений (рис. 2) и средних напряжений (рис. 3) в исследуемой точке.
350 ■^300
V
| 250 а" ю
5 200 о. о -е-
и 150
О
Ь юо о. о
г 50 о
0 5 10 15 20 25 30 35
Рабочий ход, мм
Рис. 1. Скорость деформаций в трассируемой точке
При температуре соответствующей холодной штамповке скорость деформации значительно выше, чем при горячей. Так максимальная скорость в конце рабочего хода составляет 300 ед./с для холодной и 200 ед./с для горячей. При этом интенсивность напряжений в этой точке также выше в случае холодной обработки и относительная разница составляет более 400% в конце формирования требуемого изделия.
—4— 20"С —500"С
Известия ТулГУ. Технические науки. 2022. Вып. 12
гс 350
5 300 i
Í гоо
а
ч ISO I
С i™
0
1 50 х
ä о
Рис. 2. Интенсивность напряжений в трассируемой точке
5 -loo
i
£ -200
i
I *30°
о.
ÍÜ -400
X
■
I -500
I
5-600 -700
Рис. 3. Средние напряжения в трассируемой точке
При холодной высадке, также, как и при горячей в исследуемой точке выявляются только сжимающие напряжения, которые по величине равны соответственно -630 МПа и -110 МПа.
Таким образом выявлено, что в исследуемой точке при разных температурах имеются только сжимающие напряжения, отличающиеся почти в 5,5 раз. Скорость деформаций и интенсивность напряжений выше при холодной штамповке. В данном случае, только по исследованиям напряженного и деформированного состояния сложно определить какая из операций лучше с технологической точки зрения без проведения дополнительных исследований, например, силовых характеристик и оценки качества изделия.
Список литературы
1. Аверкиев Ю.А., Аверкиев А.Ю. Технология холодной штамповки. М.: Машиностроение, 1989. 304 с.
2. Ковка и штамповка: Справочник. В 4-х т./ Ред.совет: Е.И.Семенов (пред.) и др. М.: Машиностроение, 1986. Т.2. Горячая штамповка./ Под ред. Е.И.Семенова, 1986. 592 с.
3. Бабенко В.А., Бойцов В.П, Волик Ю.П. Объемная штамповка. Атлас схем и типовых конструкций штампов: Учеб, пособие для машиностроительных вузов. 2-е изд., перераб, и доп. М.: Машиностроение, 1982. 254 с.
4. Кобелев А.Г., Шаронов М.А., Антощенков Ю.М. Теория и технология процессов ковки и прессования: Составление чертежа поковки и разработка технологии ковки: Учеб.-метод, пособие. М.: Изд-во МИСиС, 2002. 311 с.
5. Пасынков А.А., Яковлев Б.С. Теоретические исследования процесса обжима цилиндрических заготовок в условиях вязкопластического течения материала // Заготовительные производства в машиностроении. 2022. Т. 20. № 5. С. 213-217.
6. Кухарь В.Д., Яковлев С.С. Оценка силовых режимов и полей дефектов при рифлении алюминиевых и стальных оболочек // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 9. С. 348-350.
7. Патент № 2781933 C1 Российская Федерация, МПК B21K 1/26, B21J 5/12. Способ холодной штамповки полумуфт: № 2021131184: заявл. 25.10.2021: опубл. 21.10.2022 / С.С. Яковлев, А.А. Пасынков, М.А. Журов, А.В. Алексеев; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тульский государственный университет».
8. Pasynkov A.A., Nedoshivin S.V., Pasynkova N.S. Isothermal crimping of thick-walled shells // Materials Science Forum. 2021. Vol. 1037 MSF. P. 293-299.
9. Яковлев С.С. Анализ напряженно-деформированного состояния при получении ребер на внешней поверхности оболочки // Стратегическое развитие инновационного потенциала отраслей, комплексов и организаций: сборник статей X Международной научно-практической конференции, Пенза, 20-21 октября 2022 года. Пенза: Пензенский государственный аграрный университет, 2022. С. 331-334.
10. Ларин С.Н., Платонов В.И., Матченко Н.М. Напряженно-деформационное состояние стальных труб при обратном выдавливании // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 4. С. 424-428.
20 С -500 C
5 10 15 20 25 30 35
Рабочий хал, мм
20 С -500 C
о : i l". is ж ,v 5 30 i
Y
Ра&очий код. ww
Яковлев Борис Сергеевич, канд. техн. наук, доцент, bor_yak@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Гребенщиков Иван Владимирович, студент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
TO THE Q UESTION OF STRESSES AND DEFORMA TIONS IN THE PROCESS OF EDGE OF AL UMINUM
SAMPLE
B.S. Yakovlev, I.V. Grebenschickov
In this paper, the question is raised about the stressed and deformed state in the process of obtaining a part of the body of revolution type with cylindrical and flanged parts. Such a detail is carried out by carrying out the upsetting operation, during which the flange part is formed. However, in the process of upsetting, a complex stressed and deformed state is formed, especially in the region of the formed flange, in the transition zone of the cylindrical part to the flanged part, therefore, this region is of particular interest. In this regard, the simulation of the corresponding process was carried out at two temperatures corresponding to cold and hot working, while the distinguishing part of the work is the assessment of the strain rate and stress at the traced point located in the transition zone from the cylindrical to the flange part. The paper presents and analyzes the graphs of the strain rate, stress intensity and average stresses for a specific traced point along the entire working stroke. Conclusions are drawn about how the forging temperature affects the studied characteristics of the forging process.
Key words: upsetting, stresses, strain rate, tracing, modeling.
Yakovlev Boris Sergeevich, candidate of technical science, docent, bor_yak@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Grebenschickov Ivan Vladimirovich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State
University
УДК 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-571-573
ОЦЕНКА ПОВРЕЖДАЕМОСТИ МАТЕРИАЛА ПРИ РИФЛЕНИИ
С.С. Яковлев
Одним из важных параметров, характеризующих процессы, происходящие при пластическом формоизменении металлических заготовок является повреждаемость материала. Локальное пластическое формоизменение при создании рифленой поверхности на цилиндрических оболочках требует оценки повреждаемости материала, в том числе. Поэтому в настоящей работе проводится компьютерное моделирование рифления внутренней поверхности цилиндрической оболочки, а также последующего съема изделия с оправки с целью определения повреждаемости материала в программном комплексе QForm. Повреждаемость оценивалась по критерию Колмогорова, который реализован в программе, в которой проводится моделирование. Приводятся схемы распределения повреждаемости по сечению сформированных рифлей при фиксированной глубине внедрения и изменяющемся зазоре между рабочей оправкой и заготовкой. Определяются наибольшие значения повреждаемости по Колмогорову во впадине созданной рифли. Делаются выводы о том, как влияет зазор на величину повреждаемости при первой операции рифления и съеме заготовки с рабочей оправки.
Ключевые слова: рифление, локальное пластическое формоизменение, повреждаемость, метод Колмогорова.
Одним из важных параметров, характеризующих процессы, происходящие при пластическом формоизменении металлических заготовок является повреждаемость материала [1-3]. Существует множество критериев, по которым возможна оценка повреждаемости, однако в данной работе был выбран критерий Колмогорова для оценки этого параметра.
Локальное пластическое формоизменение при создании рифленой поверхности на цилиндрических оболочках также требует оценки повреждаемости материала. Поэтому в настоящей работе проводится компьютерное моделирование рифления внутренней поверхности цилиндрической оболочки, а также последующего съема изделия с оправки. Моделирование проводилось в QForm [4-8] на заготовке из стали 10 с помощью рабочей оправки типа III (рис. 1, а) [9-10]. Рифление может осуществляться на разную глубину ^ то есть будет отличаться глубина формируемых рифлей, а также может варьироваться зазор z между рабочей оправкой, которой формируются рифли и заготовкой (рис. 1, б). Поэтому в данной работе анализируется повреждаемость при рифлении на глубину 1,3 мм и следующих зазорах Ъ = 0, 0,15, 0,3 и 0,5 мм.
