CC BY
5
Мазур Игорь Петрович, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, mazur@stu.lipetsk.ru, Россия, Липецк, Липецкий государственный технический университет
CLUSTER STRUCTURE FORMATION IN LONG PRODUCTS A.G. Levykina, T.V. Redichkina, I.P. Mazur
Modeling of the production technology of a hot-rolled strip with a cluster set of width properties using «Deform 3D» is presented. The cluster _ formation of metal properties was obtained by using models of ultra-fast and step cooling in different zones of the strip in one technological cycle. The results of the study indicate the possibility of obtaining the required strength characteristics of high-strength automotive steel.
Key words: hot rolling, modeling, Deform 3D, structure, metal cooling, martensitic steel, dualphase steel, automotive.
Levykina Anna Gennadyevna, postgraduate, levykina_ag@stu.lipetsk.ru, Russia, Lipetsk, Lipetsk State Technical University,
Redichkina Tatyana Viktorovna, senior lecturer, moakan13@mail.ru, Russia, Lipetsk, Lipetsk State Technical University,
Mazur Igor Petrovich, doctor of technical sciences, professor, head of department, mazur@stu.lipetsk.ru, Russia, Lipetsk, Lipetsk State Technical University
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-7-361-364
К ВОПРОСУ О ПРИМЕНЕНИИ ОБРАТНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ И КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ПРОЦЕССА
К.А. Березина
Трение является важной составляющей и не малозначащим фактором в процессах обработки металлов давлением, который необходимо изучать и учитывать при построении технологического процесса и штамповки любых изделий как из черных, так и из цветных металлов и их сплавов. Величина трения оказывает значительное влияние на практически все процессы обработки металлов давлением, в том числе и на выдавливание, которое будет рассмотрено в данной работе. Таким образом, в статье рассматривается вопрос о том, как влияет величина трения Кулона на разные характеристики холодного открытого обратного выдавливания. Рассматривается технологическая сила формоизменения, температуры до которой разогревается заготовка, матрица и пуансон, интенсивность напряжений, повреждаемость металла при штамповке, а также значения деформаций, которые возникают в результате формирования детали. Делаются выводы о влиянии трения на приведенные выше характеристики объёмного деформирования металла и даются рекомендательные предложения о выборе смазочного материала при реализации объемного формоизменения в режиме холодной штамповки.
Ключевые слова: штамповка, выдавливание, объемное деформирование, деформации, температура, повреждаемость, комплексная.
Существует большое разнообразие операций обработки давлением [1-5], которые имеют некоторые отличии, в том числе варьируются характером приложения нагрузки, формообразующим инструментом и др. Одним из таких процессов является обратное выдавливание, для которого характерно сложное течения материала. При этом во время формоизменения происходит контакт материала заготовки с инструментом по относительно большой площади, поэтому фактор трения является важной частью и имеет большое влияние на весь процесс. Поэтому
Известия ТулГУ. Технические науки. 2022. Вып. 7
исследования влияния трения весьма актуальны для создания правильного технологического процесса и определения оптимального смазочного материала для получения требуемых характеристик полуфабриката после штамповки, в том числе и геометрических.
Так трение может оказывать влияние на геометрию изделия, качество детали после штамповки, возрастающую температуру в ходе формоизменения, нагрузку, напряженное и деформированное состояние и многие другие факторы. Поэтому существует множество работ, в которых учитывается и трение [6-10]. В данной же работе рассматривается вопрос о влиянии коэффициента трения в процессе обратного выдавливания асимметричной детали, модель в разрезе которой представлена на рисунке, на различные характеристики: нагрузка, температура инструмента и заготовки, напряженно-деформированное состояние и повреждаемость. Для оценки влияния трения было проведено несколько компьютерных моделирований в программе QForm, что позволило получить требуемые данные. Максимальные величины полученных моделированием характеристик приведены в таблице.
■
1 J
Модель детали в разрезе
В настоящей работе рассматривалось трение Кулона, которое составляло 0, 0,1 и 0,3. В моделировании рассматривалась штамповка стальной заготовки при комнатной температуре.
Максимальные значения исследуемых величин
Коэффициент трения Кулона 0 0,1 0,3
Технологическая сила 725 800 877
Температура инструмента 181 190 202
Температура заготовки 222 235 243
Интенсивность напряжений, МПа 360 375 380
Деформация 8,5 8,4 8,6
Повреждаемость металла 0,48 0,5 0,54
Установлено, что с увеличением коэффициента трения возрастает технологическая сила, требуемая для формоизменения, что является предполагаемой закономерностью. При этом увеличение силы происходит на 10% при изменении трения с 0 до 0,1, а также при изменении с 0,1 до 0,3 также увеличение силы происходит на 10%.
Температура же инструмента и заготовки также увеличивается при увеличении коэффициента трения. В среднем рост составляет 5%, как для заготовки, так и для инструмента при росте трения с 0 до 0,1 и с 0,1 до 0,3.
Также в ходе исследования было установлено, что на величину деформаций коэффициент трения на границах заготовка-инструмент не оказывает влияния, для всех случаев рассматриваемая величина примерно одинакова. Однако на величину интенсивности напряжений трение влияние оказывает, и с ростом трения происходит увеличение максимальной величины интенсивности напряжений.
В целом во всех случаях с ростом коэффициента трения происходит также увеличение всех рассматриваемых параметров: технологической силы, температуры инструмента и заготовки, напряжений и деформаций, повреждаемости, поэтому, на основе полученных данных, при реализации обратного выдавливания требуется применять смазки, позволяющие добиться как можно большего снижения коэффициента трения.
Список литературы
1. Патент № 2762688 а Российская Федерация, МПК B21K 21/00, B21J 5/12, B21C 37/20. Устройство для получения рифлей на наружной поверхности цилиндрической оболочки : № 2020140665: заявл. 08.12.2020: опубл. 22.12.2021 / С.С. Яковлев, В.А. Коротков, С.Н. Ларин [и др.]; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет".
2. Подтягин В.Э. Износ инструмента во время операции расширения отверстия // Всероссийская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Современные технологии обработки металлов и средства их автоматизации» (12 октября 2021 г.): сборник тезисов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2021. С. 33.
3. Патент № 2691013 C1 Российская Федерация, МПК B21D 26/14. Устройство для магнитно-импульсной штамповки: № 2018142971: заявл. 05.12.2018: опубл. 07.06.2019 / В.А. Коротков, В.Д. Кухарь, С.Н. Ларин [и др.]; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ).
4. Журов М.А., Жерносек В.Н. Разработка технологии объёмной штамповки высокопрочных соединительных полумуфт с системой кольцевых выступов и впадин // 57-я Студенческая научно-техническая конференция, посвященная 90-летию ТулГУ (Россия, Тула, 21 - 25 декабря 2020 г.): сборник тезисов докладов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2021. С. 202-203.
5. Патент № 2660505 C2 Российская Федерация, МПК B21D 26/14. Устройство для магнитно-импульсной штамповки листовых материалов: № 2016150973: заявл. 26.12.2016: опубл. 06.07.2018 / В.А. Коротков, А.Е. Киреева, О.В. Сорвина; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ).
6. Zhemosek V.N., Yurkov I.V., Podtyagin V.E., Nikishkin A.E. Quality improvement and evaluation of stress-strain state of cylindrical shells during drawing with local wall thinning. 2021 J. Phys.: Conf. Ser. 1889 042021.
7. Богданов С.Б. Комбинированное выдавливание детали при различных геометриях инструмента // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2021. Вып. 6. С. 384-386.
8. Bogdanov S.B., Alekseev A.V., Gribachev Y.V. Comprehensive assessment of the production of a pipe billet with a flange by forging at various temperature conditions. 2021 J. Phys.: Conf. Ser. 2094 042060.
9. Чижов И.А. Напряженно-деформированное состояние в заготовке при прямом выдавливании // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 12. С. 524-526.
10. Подтягин В.Э. Оценка получения ступенчатой детали при различных температурных режимах // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 12. С. 144-146.
Березина Ксения Алексеевна, магистрант, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
TO THE QUESTION OF THE APPLICATION OF BACK EXTRACTION AND COMPREHENSIVE EVALUATION OF THE PROCESS
K.A. Berezina
Friction is an important component and not an unimportant factor in the processes of metal forming, which must be studied and taken into account when constructing a technological process and stamping any products from both ferrous and non-ferrous metals and their alloys. The amount of friction has a significant impact on almost all metal forming processes, including extrusion, which will be considered in this paper. Thus, the article deals with the question of how the Coulomb friction value affects various characteristics of cold open back extrusion. The technological force of forming is considered, the temperature to which the workpiece, die and punch is heated, stress intensity, metal damage during stamping, as well as the values of deformations that occur as a result of the formation of the part. Conclusions are drawn about the effect of friction on the above characteristics of the volumetric deformation of the metal and recommendations are given on the choice of lubricant when implementing volumetric forming in the cold stamping mode.
Key words: stamping, extrusion, volumetric deformation, deformation, temperature, damage,
complex.
Berezina Ksenia Alekseevna, undergraduate, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
