CC BY
2
8. Implementation of the Bai and Wierzbicki fracture criterion in QForm and its application for cold metal forming and deep drawing technology / Y. Gladkov, I. Peshekhodov, M. Vucetic [et al.] // MATEC Web of Conferences : 4, Glasgow, 06-09 августа 2015 года. Glasgow, 2015. P. 12009.
9. Pasynkov A.A., Larin S.N. Simulation of the process of isothermal backward extrusion of a thick-walled hollow billet // Journal of Physics: Conference Series, Saint Petersburg, 23-24 апреля 2020 года. Saint Petersburg, 2021. P. 012024.
10. Михальченко С.Н., Яковлев Б.С., Чекмазов Н.М. Оценка влияния величины конусности инструмента на силу прямого выдавливания титановой трубы // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. № 5. С. 313-318.
Кухарь Владимир Денисович, д-р техн. наук., профессор, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Яковлев Сергей Сергеевич, аспирант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS OF THE STRESS-STRAIN STATE IN THE LONGITUDINAL EXTERNAL RIFLE
V.D. Kukhar, S.S. Yakovlev
For the needs of modern industry, metal products of various shapes are required, so there are a number of hollow cylindrical products, whether they are pipe parts or cases with a bottom, on the outer surface of which there are corrugations. Rifles can be spiral, such longitudinal, while a grid of riffles can be formed. The manufacture of parts from such plastic forming requires a comprehensive study. Of particular interest in the detection is the feeling and the deforming state, which gives an expected idea of the degree of deformation, the magnitude of the deformation, the ratio of tensile and compressive stress during longitudinal corrugation by plastic shape change. In this work, a study of the sharpness and deforming state is observed with the correct plastic introduction of extended grooves. Schemes of distribution of the average share, the probability share and the probability of deformations by the volume of the semi-finished product are given. The maximum and minimum values of this characteristic are estimated, as well as their statistics.
Key words: corrugation, longitudinal external corrugations, plastic deformation, stress-strain state.
Kukhar Vladimir Denisovich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Yakovlev Sergey Sergeevich, postgraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.77; 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-10-374-378
КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА НАПРЯЖЕНИЙ В ОЧАГЕ ДЕФОРМАЦИИ
ПРИ ГОРЯЧЕЙ РАЗДАЧЕ
И.С. Хрычев, П.В. Романов
В процессе работы элементов гидротрубопроводов, возникают значительные нагрузки на элементы гидросистемы. Особенный интерес представляют различного рода переходники и гидроцилиндры с меняющимся рабочим профилем. Поэтому необходимым является применение материалов с определенными эксплуатационными характеристиками для изготовления элементов таких систем. В статье рассмотрена схема получения таких изделий пластическим формоизменением, а именно раздачей части трубной заготовки. Раздача рассмотрена для заготовок, изготовленных из сплава В95. Важным является подбор сочетания скорости деформирования и температур, обеспечивающие качественное формирование геометрии изделий и наилучшее напряженное состояние заготовок. Ввиду этого в статье приводятся исследования изменения величин напряжений в ответственных зонах заготовки. Получены зависимости изменения напряжений для разных углов конусности, степеней деформации и скоростных режимов.
Ключевые слова: легированные стали, раздача, деформирование, напряжения.
Для создания изделий с меняющимся по высоте наружным контуром и являющихся элементами гидроаппаратуры обычно применяют методы деформирования [1-4]. Процессы формообразования позволяют при этом добиться наибольшей эффективности производства [5-8]. При формоизменении прочных и стойких к внешним воздействиям материалов требуется обеспечение режима деформирования в различных диапазонах режимов обработки [9-10]. В связи с этим в статье рассмотрена операция раздачи элементов труб в горячих условиях в широком интервале скоростей деформирования. Установлено влияние режимов обработки на изменение величин напряжений в ответственных зонах заготовки.
374
На рис. 1 показан эскиз получаемого изделия и схема раздачи. Исследования выполнены на основе моделирования. Исходные данные для расчетов: интервал углов конусности пуансона 10...300; коэффициент контактного трения 0,25; температура деформирования 20...4500С ; скорость деформирования - 60.. .600 мм/мин. Материал заготовки - сплав В95.
Наружный радиус трубы - 50 мм. Толщина стенки заготовки 8 мм. Величина наружного радиуса пуансона бралась из интервала 47.57 мм. Оценивалось влияние коэффициента раздачи (К = О / и
ключевые характеристики процесса.
Для оценки изменения напряжений в изделии были выбраны 2 контрольные зоны (рис. 2): зона 1 - на внутренней поверхности оболочки Р1; зона 2 - на внешней Р2.
Рис. 1. Схема раздачи
,Р2
п
б
Рис. 2. Контрольные области: а - до деформирования; б - после деформирования
После выполненного моделирования были получены зависимости изменения величин средних напряжений в контрольных зонах. Построены графики зависимостей (рис. 3-8). На рис. 3 представлен график изменения напряжений в ходе раздачи для следующих параметров деформирования: К = 1,1;
а = 100 . На рис. 4 представлен график изменения напряжений в ходе раздачи для следующих параметров: К = 1,1; а = 300 .
Рис. 3. Зависимость изменения средних напряжений в течение процесса:
а - V = 60 мм/мин; б - V = 600 мм/мин
Анализ полученных графических зависимостей показывает, что при малом коэффициенте раздачи К = 1,1 наибольшее влияние на величину средних напряжений оказывает скоростной фактор при
малых углах конусности инструмента. Так, при скорости деформирования V = 60 мм/мин максимальные растягивающие напряжения в начальный момент деформирования увеличиваются в 3.3,5 раза, а сжимающие в 4. 4,5 раза. В конце деформирования величина средних напряжений в области 1 меняет знак с
375
положительного на отрицательный при переходе от процесса деформирования в инструменте с углом конусности а = 10° и а = 30°. Для области 2 процесс деформирования завершается сжатием.
На рис. 5 представлен график изменения напряжений в ходе раздачи для следующих параметров: К = 1,2; а = 10° . На рис. 6 представлен график изменения напряжений в ходе раздачи для следующих параметров: К = 1,2; а = 30° .
20 О -20 -ДО -60
) 0 2 /ад о бДп Л—
1 27
а, МП а
20
10 О -10 -20 -30
-50
/о,2 ПМ1 0 у^---и
Н
У 2/
а б
Рис. 4. Зависимость изменения средних напряжений в течение процесса: а - V = 60 мм/мин; б - V = 600 мм/мин
а,АШа
5
о
5 -10 -15
2 О Ч 0
У 2
а, МПа
20 10 0 -10 -20 -30
0.2 /о 0 У И
У 2/
а б
Рис. 5. Зависимость изменения средних напряжений в течение процесса: а - V = 60 мм/мин; б - V = 600 мм/мин
Рис. 6. Зависимость изменения средних напряжений в течение процесса: а - V = 60 мм/мин; б -
V = 600 мм/мин
При переходе процесса деформирования с коэффициентом раздачи К = 1,1 к раздаче с коэффициентом К = 1,2 характер влияния скорости деформации и угла конусности инструмента для области 1 в начальный момент формообразования сохраняется: растягивающие напряжения увеличиваются в диапазоне 3...3,5. Однако на заключительной стадии величина средних напряжений в области 2 перемещается в положительную область. Это связано с изменением положения области 2 относительно пуансона при
изменении коэффициента раздачи К. Изменение скорости перемещения пуансона от 60 до 600 мм/мин оказывает наибольшее существенное влияние на область 1, т.к. в этой области присутствует контакт между заготовкой и инструментом.
На рис. 7 представлен график изменения напряжений в ходе раздачи для следующих параметров: К = 1,35; а = 10° . На рис. 8 представлен график изменения напряжений в ходе раздачи для следующих параметров: К = 1,35; а = 30°.
аЛШа
1
0 2 0 4 ЬуГ о 8 h
а, МПа
20
15 10 5 О -5 -10
б
1 2
0,2 О 4 ь— о 8 )
Рис. 7. Зависимость изменения средних напряжений в течение процесса: а - V = 60 мм/мин; б - V = 600 мм/мин
а, МП а
20
10 О -10 -20
а,МПа
20 15 10 5 О -5 -10 -15
/2
N
2_0 .4 £_Q 8
____ /
б
Рис. 8. Зависимость изменения средних напряжений в течение процесса: а - V = 60 мм/мин;
б - V = 600 мм/мин
а
а
Картина распределения средних напряжений при деформировании заготовок с коэффициентом раздачи K = 1,35 показывает, что величины напряжений как в первой, так и во второй зоне сдвигаются в область растягивающих, за исключением заключительного этапа деформирования зоны 2, где напряжения становятся сжимающими. Это связано с учетом изгиба стенки заготовки при перемещении участка деформирования с конического участка в вертикальную стенку. При этом средние напряжения в наружной области всегда остаются растягивающими. Увеличение скорости деформирования с одновременным увеличением угла конусности инструмента оказывает меньшее влияния на средние напряжения 1 области. В наружной области заготовки влияние скоростного фактора несущественно.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант РФФИ № 20-08-00541.
Список литературы
1. Пасынков А.А., Борискин О.И., Ларин С.Н. Теоретические исследования операции изотермической раздачи труб из труднодеформируемых цветных сплавов в условиях кратковременной ползучести // Цветные металлы. 2018. №2. С. 74-78.
2. Черняев А.В., Чарин А.В., Гладков В.А. Исследование силовых режимов радиального выдавливания внутренних утолщений на трубных заготовках // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 10. С. 440-445.
3. Теория обработки металлов давлением / Учебник для вузов / В.А. Голенков, С.П. Яковлев, С.А. Головин, С.С. Яковлев, В.Д. Кухарь / Под ред. В.А. Голенкова, С.П. Яковлева. М.: Машиностроение, 2009. 442 с.
4.Теория обработки металлов давлением / под ред. Голенкова В.А. и др. / М. Машиностроение. 2009. 442 с.
5. Чудин В.Н., Черняев А.В. К расчету процессов осесимметричного вязкопластического деформирования // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып.7. 2017. С. 42 - 47.
6. Перепелкин А.А., Черняев А.В., Чудин В.Н. Горячее выдавливание внутренних концевых утолщений на корпусах // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып.1. С. 191 - 202.
7. Колмогоров В.Л. Механика обработки и металлов давлением. М. Металлургия. 1986. 688 с.
8. Shengfa Zhua, Xincun Zhuanga, Dongkai Xucd, Yin Zhua, Zhen Zhao Flange forming at an arbitrary tube location through upsetting with a controllable deformation zone // Journal of Materials Processing Technology. Volume 273, 2019, 116230.
9. Alves L.M., Afonso R.M., Silva C.M.A., Martins P.A.F. Joining tubes to sheets by boss forming and upsetting // Journal of Materials Processing Technology. Volume 252, 2018. P. 773-781.
10. Anees Al-Tamimia, Rooholamin Darvizeha, Keith Davey Experimental investigation into finite similitude for metal forming processes // Journal of Materials Processing Technology. Volume 262, 2018. P. 622637.
Хрычев Иван Сергеевич, студент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Романов Павел Витальевич, аспирант, Россия, Тула, Тульский государственный университет
QUANTITATIVE ASSESSMENT OF STRESSES IN THE DEFORMATION FOCUS DURING HOT
DISTRIBUTION
I.S. Khrychev, P.V. Romanov
In the process of operation of the elements of hydraulic pipelines, there are significant loads on the elements of the hydraulic system. Ofparticular interest are various kinds of adapters and hydraulic cylinders with a changing working profile. Therefore, it is necessary to use materials with certain performance characteristics for the manufacture of elements of such systems. The article considers the scheme of obtaining such products by plastic shaping, namely by distributing a part of a pipe billet. Distribution is considered for blanks made of alloy B95. It is important to select a combination of the deformation rate and temperatures that ensure the qualitative formation of the geometry of the products and the best stress state of the workpieces. In view of this, the article presents studies of changes in stress values in critical areas of the workpiece. Dependences of stress changes for different taper angles, degrees of deformation and speed modes are obtained.
Key words: alloy steels, distribution, deformation, stresses.
Khrychev Ivan Sergeevich, student, [email protected] Russia, Tula, Tula State University,
Romanov Pavel Vitalyevich, postgraduate, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.77; 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-10-378-382
ОЦЕНКА ПОВРЕЖДАЕМОСТИ СТАЛЬНОЙ ТРУБЫ ПРИ ЕЕ ХОЛОДНОМ ВЫДАВЛИВАНИИ
А.Д. Харченко
Процессы холодного деформирования являются эффективными методами получения как готовых изделий, так и полуфабрикатов под дальнейшую обработку. Как правило холодная штамповка является высокопроизводительным методом обработки давлением. Но в то же время процессы холодного формоизменения характеризуются значительными значениями напряжений и повреждаемости по сравнению с горячей обработкой давлением. В статье рассмотрена операция обратного вылавливания трубы из углеродистой стали 10. Процесс осуществляется в условиях холодной обработки давлением. Выполнено моделирование операции в комплексе CAE-моделирования. Выполнен анализ влияния углов конусности матрицы, степеней деформации и величины контактного трения на максимальные величины повреждаемости, возникающие в объёме заготовки в процессе деформирования. Построены зависимости изменения повреждаемости от ключевых параметров.
Ключевые слова: прямое выдавливание, холодное формоизменение, растягивающие напряжения,
анализ.
В статье выполнен анализ процесса обратного вылавливания трубы из углеродистой стали коническим пуансоном. Ввиду возможности возникновения предельных значений величин повреждаемости и растягивающих напряжений выполнена оценка влияния углов конусности матрицы, степеней деформации и величины контактного трения на максимальные величины повреждаемости, возникающие в объёме
