Моделирование операции изотермической отбортовки отверстий в заготовках с наклонным фланцем Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Kireeva Alena Evgenevna, candidate of technical sciences, docent, kireale-na@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Kukhar Vladimir Denisovich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, Vladimir.D.Kuchar@tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Mitin Oleg Nikolayevich, candidate of technical sciences, doctoral, mpf-tulaaramhler.ru, Russia, Tula, OPC "SPA "SPLAV"

УДК 621.7.04

МОДЕЛИРОВАНИЕ ОПЕРАЦИИ ИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ОТБОРТОВКИ ОТВЕРСТИЙ В ЗАГОТОВКАХ С НАКЛОННЫМ

ФЛАНЦЕМ

А.В. Черняев, А. Т. До

Представлены результаты теоретических исследований операции изотермической отбортовки отверстий в заготовках с наклонным фланцем методом конечных элементов на основе программного комплекса QFORM 2D/3D. Установлены зависимости силы отбортовки от технологических параметров при вязко-пластическом течении материала.

Ключевые слова: моделирование, вязкость, кратковременная ползучесть, от-бортовка, метод конечных элементов, силовые режимы.

Патрубки с наклонным фланцем из высокопрочных материалов находят широкое применение в отраслях машиностроения, связанных с производством продукции для авиационной и ракетно-космической техники и могут использоваться в качестве горловин емкостей топлива и соединительных переходников. Традиционные технологии изготовление патрубков с наклонным фланцем связаны с горячей штамповкой толстостенных кованых труб путем многооперационной раздачи, высадки, правки с большими припусками под механическую обработку. Недостатками существующих технологий являются низкие предельные возможности этого процесса, что ограничивает высоту получаемого борта, а также значительное утонение материала на кромке отверстия борта.

Предлагается производство патрубков с наклонным фланцем осуществлять отбортовкой плоских листовых заготовок с предварительно образованным отверстием с последующей операцией обратного выдавливания, повышающей точность толщины стенки и внутреннего диаметра патрубка [1]. Процессы реализуются в регламентированных температурно-скоростных условиях в режиме вязкопластического течения материала [2].

Ниже приведены результаты теоретических исследований силовых режимов изотермической отбортовки отверстий в заготовках с наклонным фланцем (рис. 1) методом конечных элементов на основе программного комплекса QFORM 2Б/3Б у.7. Расчеты операции отбортовки выполнены для заготовок при следующих геометрических размерах и технологических

параметрах операции: угол наклонна фланца а = 0...200; диаметр пуансона В = 70мм; диаметр отверстия й = 35...58мм; толщина заготовки

sо = 4мм ; скорость перемещения инструмента V = 0,1 ...10мм/с; коэффициент трения т = 0,1...0,4. Исследования выполнены для алюминиевого сплава АА1050 и титанового сплава ВТ6 при температурах деформирования Т = 450 °С и Т = 930 °С соответственно. Материал заготовки принимается вязкопластическим, изотропным, несжимаемым, однородным, изотропно упрочняющимся.

Рис. 1. Схема процесса отбортовки

Установлены картины распределения интенсивностей напряжений и деформаций в полученных изделиях, оценены силовые режимы изотермической отбортовки.

На рис. 2 представлены графические зависимости изменения силы Р от относительного перемещения инструмента И = И / И^ при изотермической отбортовке отверстий, где И и И^ - текущее и конечное перемещения пуансона.

" • О

\\ (-Г.5

ПГИ0'

Г" 15' -*-

п.»

р

М

16

и

0.2

0.4

0,6

0,8

ат о

й

/ •// > { / ЧЛ а- ю'

аш 15"

«■¡с

0,2

0,6

0,8

а

б

Рис. 2. Графические зависимости Р от И при отбортовке заготовок: а - сплав АА1050; б - сплав ВТ6 (V = 0,1 мм/с; К0 = 1,7; ¡ = 0,1)

Показано, что операция отбортовки происходит за несколько последовательных этапов. Первый этап характеризуется входом пуансона в часть заготовки и деформированием половины её донной части, что сопровождается существенным ростом силы. На втором этапе операции осуществляется формоизменение всей донной части заготовки под пуансоном и образование стенки. Максимальных значений сила операции достигает на втором этапе. Третий заключительный этап деформирования оставшейся донной части заготовки сопровождается снижением силы.

На рис. 3 представлены графические зависимости изменения силы Р от угла наклона фланца а для алюминиевого сплава АА1050 и титанового сплава ВТ6.

Рис. 3. Графические зависимости Р от а при отбортовке заготовок: а - сплав АА1050; б - сплав ВТ6 (К0 = 1,7; ¡ = 0,1)

266

Анализ графических зависимостей показывает, что с увеличением

угла наклона фланца а от 0 ° до 20 ° сила отбортовки уменьшается на 20...30% для алюминиевого сплава АА1050 и на 35...50% для титанового сплава ВТ6. При увеличении скорости перемещения инструмента V от 0,1 до 10 мм/с Р возрастает на 10-35% для алюминиевого и на 35...45% для титанового сплавов.

Оценено влияние на максимальную силу отбортовки Р коэффициента отбортовки Ко = Б / d и коэффициента трения на контактных границах инструмента и заготовки т (рис. 4).

Анализ графических зависимостей показывает, что с увеличением коэффициента Ко от 1,2 до 2 сила отбортовки возрастает в 1,9 - 2 раза для алюминиевого сплава АА1050 и в 1,7 - 1,9 раза для титанового сплава ВТ6. Установлено, что с увеличением коэффициента трения т от 0,1 до 0,4 сила отбортовки возрастает на 10...20 % для алюминиевого сплава АА1050 и на 10...15 % для титанового сплава ВТ6.

и 1.4 1.6 1.8 К„ 1.2 1,4 1.6 1.8 к,

а б

Рис. 4. Графические зависимости Р от Ко при отбортовке заготовок: а - сплав АА1050; б - сплав ВТ6 (а = 10°; V = 0,1 мм/с)

Сравнение результатов расчета в программном комплексе QFORM 2Б/3Б с данными, полученными верхнеграничным решением [3], показывает их качественное согласование. При этом результаты верхней оценки силы превышают результаты расчета в QFORM 2Б/3Б на 20 - 30 %.

Выводы

1. Показано, что использование программного комплекса QFORM 2Б/3Б позволяет произвести моделирование изотермической отбортовки заготовок с наклонным фланцем в режиме вязкопластического течения материала.

2. Установлены зависимости силы изотермической отбортовки от технологических параметров и геометрических характеристик заготовки: скорости перемещения инструмента, условий трения, степени деформации, угла наклона фланца.

Полученные результаты могут быть использованы при проектировании технологических процессов изотермического деформирования алюминиевых и титановых сплавов в условиях вязкопластического течения для назначения рациональных режимов деформирования.

Список литературы

1. Чудин В.Н., Яковлев С.С., Корнюшина М.В. Математическая модель операции отбортовки отверстия в листовых анизотропных заготовках в режиме кратковременной ползучести // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2013. Вып. 4. С. 66-77.

2. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных материалов / С.П. Яковлев [и др.]. М.: Машиностроение, 2004. 427 с.

3. Черняев А.В., Чудин В.Н., Корнюшина М.В. Силовые режимы изотермической отбортовки отверстий в листовых анизотропных заготовках // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2014. Вып. 10. Ч. 1. С. 173-177.

Черняев Алексей Владимирович, д-р техн. наук, проф, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

До Ань Ту, магистрант, doanhtu91.ru@,gmail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет.

MODELLING OF OPERATION ISOTHERMAL FLANGING OF HOLES IN THE WORKPICES WITH THE INCLINED FLANGE

A.V. Chernyaev, A.T. Do

The results of theoretical studies of isothermal operation flanging holes in workpiec-es with inclined flange finite element method based on software complex QFORM 2D/3D are given. The dependences of the flanging force of technological parameters with visco-plastic flow of material are rated.

Key words: simulation, viscosity, short-term creep, flanging, finite element method, power modes.

Chernyaev Aleksey Vladimirovich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Do Anh Tu, magistrant, doanhtu91. ru@,gmail. com, Russia, Tula, Tula State University