CC BY
22
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
УДК 621.735.011.573
Компьютерное исследование холодной штамповки гофров и горячей штамповки фитингов
А. Ф. Фомичев, С. Ю. Панин
Приведены результаты компьютерного моделирования листовой штамповки гофров и горячей ной штамповки фитингов из титанового сплава.
Ключевые слова: программа Simufact Forming, два варианта листовой штамповки, налипание металла на инструмент.
объем-
Судя по увеличивающемуся количеству публикаций об использовании компьютерного моделирования для решения технических вопросов, связанных с обработкой металлов давлением, можно утверждать, что оно становится полезным инструментом в руках заводского специалиста. И действительно, в тех случаях, когда имеется вариантность решения, альтернативой моделирования является или промышленный, или лабораторный эксперимент. Первый дорог, второй не всегда точен. Такие проблемы возникли при разработке технологии изготовления обечайки, показанной на рис. 1. Наружный диаметр детали равен
Рис. 1. Деталь «обечайка»
155 мм, толщина стенки — 1 мм, высота — 600 мм, материал — 10Х18Н9Т. Допускается сварной вариант, поэтому гофры можно получать на плоской заготовке. Были рассмотрены два варианта штамповки: последовательной гибкой по одной гофре или вытяжкой по две гофры одновременно. При этом заранее нельзя было предвидеть, как поведет себя металл: как он будет пружинить и как утоняться. Аналитический расчет пружинения не обеспечивает требуемой точности. Что же касается аналитических методов расчета утонения, то их не существует. Поэтому для анализа обоих вариантов был использован расчетный комплекс Simufact Forming. Большая высота детали позволяла считать задачу плоской. В качестве аналога указанной выше марки стали была выбрана сталь SUS 304 из библиотеки программы.
При исследовании варианта штамповки по одной гофре было установлено следующее: концы листа, находящиеся за пределами штампа, поднимаются вверх и делают невозможным продолжение штамповки (рис. 2). Поэтому был введен прижим. Но его оказалось недостаточно. Как видно из рис. 3, при штамповке последующих гофров предварительно отштампованные гофры поднимаются вверх, их геометрия искажается. Поэтому был введен предварительный прижим (рис. 4).
Кроме того, было проведено исследование пружинения и утонения металла. Было установлено, что пружинение металла приводит к
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
МЕТАЛЛ00 БРАБОТКА
Рис. 2. Штамповка первого гофра
Рис. 3. Искажение геометрии предварительно отштампованного гофра
уменьшению шага между гофрами на 0,09 мм и находится в пределах допуска. Следовательно, корректировки геометрии штампа не требуется.
При исследовании варианта штамповки двух гофров одновременно было установлено, что заметное утонение металла отсутствует, шаг между гофрами увеличивается на 2,15 мм, т. е. эффект, обратный по сравнению с предыдущим исследованием. Такое изменение шага не укладывалось в допуск, поэтому требовалась корректировка геометрии штампа. Она была выполнена. Усилие штамповки двух гофров 250 КН. Сравнивая два варианта штамповки, остановились на втором как более производительном.
Еще больший эффект дает использование компьютерных программ при исследовании процессов горячей деформации металла, сопровождающихся одновременным изменением
большого числа параметров. Для примера рассмотрим анализ условий работы пуансонов, которые формируют глубокие полости и подвержены воздействию высоких давлений и температур. В качестве объекта исследования была выбрана поковка фитинга (рис. 5). Материал поковки — титановый сплав ВТ1-0. Размеры поковки: ширина 82 мм, наружные диаметры отростков 25 мм, диаметры полостей 15 мм, глубина полостей 20 мм. Подобные поковки штампуют на многоплунжерных прессах [1, 2]. Моделировался процесс штамповки из заготовок диаметром 40 мм и высотой 59 мм. Начальную температуру заготовки приняли равной 900 °С, а штампов — 220 °С. Скорость верхней половины штампа приняли равной 60 мм/с. Температуру и скорость пуансонов варьировали.
Известно, что титановые сплавы обладают склонностью к налипанию на инструмент. Причиной этого является то, что касательные напряжения на контактной поверхности пуансонов превышают прочность штампуемого металла. Следствием налипания является необходимость периодической зачистки рабочих поверхностей пуансонов. Применение известных технологических смазочных материалов не дает ощутимого эффекта [3-5]. В некоторых случаях прибегают даже к полировке рабочих поверхностей пуансонов, но это тоже мало помогает.
В исследуемом процессе сначала штампуются наружные очертания поковки, а затем, при сомкнутых половинах штампа, в боковых отростках формируются полости. Поэтому сначала было исследовано распределение тем-
Рис. 5. Поковка фитинга
МЕТ^^^РАБОТК)»
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
ператур и деформаций в поковке перед началом движения пуансонов. Было установлено, что значения температур в поковке находились в интервале 538-926 °С, а интенсивности деформации — 0,7-2,13. Затем было проведено исследование процесса формирования полостей в отростках. Установлено следующее:
• при нагреве пуансонов значения контактных касательных напряжений возрастают; Так, при нагреве пуансонов до 200 °С контактные касательные напряжения возросли на 6 %;
• изменения скоростей движения пуансонов в тех пределах, которые позволяют многоплунжерные прессы, не влияют на контактные касательные напряжения;
• максимальных значений контактные касательные напряжения принимают на торцевых поверхностях пуансонов, они превышают прочность титанового сплава при температурах в зоне деформации;
• за один ход пуансоны нагреваются примерно на 50 °С, поэтому при непрерывной работе их температура станет выше температуры отпуска штамповой стали, из которой они изготовлены.
В заключение необходимо отметить, что точность полученных результатов зависит от корректности реологических свойств металла, вводимого в программу [6].
Выводы
1. Компьютерное моделирование позволило из двух вариантов штамповки гофров выбрать более производительный.
2. Необходимо обеспечить охлаждение пуансонов.
3. Пуансоны необходимо изготавливать из теплостойких инструментальных сталей.
Литература
1. Запрягайло Б. И. Безоблойная штамповка на многоплунжерных прессах // Кузнечно-штамповочное пр-во. 1977. № 8. С.10.
2. Левитин И. Я. Гидравлические многоплунжерные прессы для безоблойной штамповки в разъемных матрицах//Кузнечно-штамповочное пр-во. 1977. № 6. С. 5-7.
3. Манегин Н. С., Леняшин А. В. Влияние стекло-смазки на условия трения при горячей деформации// Кузнечно-штамповочное пр-во. 1978. № 4. С. 9-12.
4. Новые технологические смазочные материалы для горячей штамповки сталей и титановых сплавов / И. А. Серегин [и др.]//Кузнечно-штамповочное пр-во. 1986. № 5. С. 21.
5. Ковка и горячая штамповка титановых сплавов / В. А. Клейменов [и др.]. М.: Изд-во ЦНИИТЭИ, 1971. 72 с.
6. Кривицкий Б. А., Арсентьева К. С. Совершенствование методики определения реологических свойств материалов // КШП. ОМД. 2012. № 5. С. 15-17.
[зо
№ 2(80)/2014
