CC BY
61
УДК 621.983; 539.374
В.А. Демин, д-р техн. наук, проф., ректор, (4872) 35-14-82, demin@msiu.ru (Россия, Москва, МГИУ),
Е.И. Семенов, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-14-82,
!уд 1@,ша11.msiu.ru (Россия, Москва, МГТУ «МАМИ»),
А.Е. Феофанова, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-14-82,
!уд 1@,шай .msiu.ru (Россия, Москва, МГИУ),
A.Л. Бужилов, асп., (4872) 35-14-82, bugilov@mail.ru (Россия, Москва, МГИУ),
B.Ю. Лавриненко, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-14-82,
!уд 1@,шай .msiu.ru (Россия, Москва, МГИУ),
Айрапетян А.С., канд. техн. наук, доц., (4872) 35-14-82,
!уд 1@,ша11 .msiu.ru (Россия, Москва, МГИУ)
К ВОПРОСУ ПОСТАНОВКИ ЭКСПЕРИМЕНТА ПО ОБЖИМУ ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ
Рассмотрен технологический процесс обжима для изготовления элементов капсул вала авиадвигателей из трубной заготовки. Предлагаемый процесс обжима позволяет экономить материал, энергию и упрощает и уменьшает потребность в штампах. Представлены результаты компьютерного моделирования процесса обжима в программном комплексе PAM-STAMP 2G для анализа особенности формоизменения. Определены диапазоны технологических параметров обжима без потери устойчивости.
Ключевые слова: обжим, раздача, трубная заготовка, компьютерное моделирование, программный комплекс PAM-STAMP 2G
В последние годы в обработке металлов давлением все шире применяют изостатическое прессование, позволяющее получать объемные монолитные заготовки наиболее ответственных деталей авиастроения и других отраслей народного хозяйства, которые обладают уникальными механическими свойствам, недостижимыми никакими другими способами производства. Например, детали дисков и роторов 5-го поколения авиационных двигателей изготавливают только методом изостатического прессования. Предварительно получают мелкие гранулы (100...200 микрон и менее), затем их перемешивают и помещают в капсулы, которые изготавливают штамповкой толстолистового пластичного металла (ст.20 и др.). Капсулы, наполненные гранулами, укладывают в герметически закрываемые контейнеры, замыкаемые силами изостата (станина пресса). Капсулы изнутри нагревают до температуры 1000 °С и подвергают давлению в 1200 бар. В результате гранулы спекаются в монолит с одинаковыми и уникальными свойствами.
Элементы капсул (рис. 1) изготовляют в вытяжных штампах за несколько переходов, изготовление которых весьма трудоемко и требует больших экономических затрат.
М30±1
0388±1
МО
М3
МО
Ф306±1
Рис. 1. Наружный элемент капсулы для заготовки вала авиационного двигателя
Экономически более выгодно в некоторых случаях изготавливать элементы капсул вала авиадвигателей из трубной заготовки с помощью операций обжима и раздачи.
Предлагаемый процесс обжима трубной заготовки позволяет экономить материал, энергию и упрощает и уменьшает потребность в штампах.
Операция для изготовления сложных деталей (с фланцами и цилиндрическими участками) до настоящего времени недостаточно исследована, и проектирование технологии штамповки становиться затруднительным. Необходимо отметить, что сами элементы капсул достаточно велики (0>300 мм, Н>600 мм), поэтому проводить экспериментальное исследование процесса обжима в натуральную величину крайне невыгодно.
Схема процесса обжима представлена на рис. 2 [1].
і----------1------------г
В настоящее время для расчета процессов обработки давлением широко используют методы компьютерного моделирования без применения физического эксперимента. При расчете процессов листовой штамповки применяют программный комплекс РАМ^ТАМР 2G [2].
Исходными данными для моделирования являются:
1. Трехмерные геометрические модели инструмента (рис. 3).
2. Технологические параметры процесса: скорость движения инструмента, коэффициент трения.
3. Материал заготовки: свойства материала задают в табличном виде. Для создания реологической модели материала было проведено испытание листовых образцов на растяжение до разрыва с записью кривой «Сила - деформация». Образцы были изготовлены из трубной отожженной заготовки из стали 20 и вырезаны поперек направления прокатки трубы.
Матрица
Заготовка
Оправка
Рис.3. Компьютерная модель процесса обжима
Для компьютерного моделирования процесса обжима был выбран масштабный коэффициент m = 6. При этом диаметр заготовки составил D = 70 мм, толщина заготовки ^ = 1 мм.
В качестве исследуемых факторов были приняты: отношение высоты заготовки к диаметру h/D и угол конусности матрицы а°. Технологические параметры процесса обжима, принятые для компьютерного моделирования, представлены в таблице.
Технологические параметры процесса обжима
№ расчета h / D ^ мм D, мм R, мм а°
1 1 70 70 1,5 10
2 3
3 4,5
4 1,5 105 70 1,5 20
5 3
6 4,5
7 2 140 70 1,5 30
8 3
9 4,5
Некоторые результаты компьютерного моделирования представлены на рис.4.
а б в
Рис.4. Результаты моделирования: а - образование поперечных складок (R=1,5мм, h=70мм, а = 10°); б - образование поперечных складок в недеформированной цилиндрической части ^=3,5мм, h=70мм, а = 30°); в - обжим без потери устойчивости ^=4,5мм, h=105мм, а = 20°);
Анализ результатов моделирования показал, что с уменьшением радиуса скругления цилиндрической и конической частей матрицы заготовка теряет устойчивость в виде появления поперечных складок (рис.4, а). С увеличением относительной высоты заготовки h / D и угла конусности
матрицы а° увеличивается вероятность появления поперечной складки в недеформированной цилиндрической области заготовки (рис.4, б).
Выводы
1. Проведенное компьютерное моделирование процесса обжима в программном комплексе PAM-STAMP 2G позволило определить и проанализировать особенности формоизменения в процессе обжима.
2. Определены диапазоны технологических параметров штамповки, при которых возможно получать коническую часть детали обжимом, без потери устойчивости в виде поперечной либо продольной складки в неде-формированной цилиндрической области.
Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России на 2009-2013 г.».
Список литературы
1. Попов Е.А., Ковалев В.Г., Шубин И.Н. Технология и автоматизация листовой штамповки. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. 480 С.
2. Семенов Е.И. Применение программного комплекса PAM-Stamp для автоматизации проектирования процессов листовой штамповки // Машиностроение и инженерное образование. 2008. №3, С.42-47.
V. Demin, E. Semenov, A. Feofanova, A. Bugilov, V. Lavrinenko, A. Airapetian
Statement of experiment for tube pressing
Technological process of tube pressing for production of elements of shaft of aircraft engines is considered. Suggested process allows to economy material, energy and decrease requirement of tools. Results of PAM-STAMP 2G simulation of process are presented. Limits of technological parameters of tube pressing without defects are defined.
Key words: pressing and expansion of tube, computer simulation, PAM-STAMP 2G
Получено 04.08.10
