CC BY
5
4. Пасынков А.А., Ларин С.Н., Исаева А.Н. Теоретическое обоснование схемы обратного изотермического выдавливания трубной заготовки с активным трением и вытяжкой ее краевой части // Заготовительные производства в машиностроении. 2020. №10. С. 462-465
Гурова Ольга Юрьевна, студент, olya-gurova-2016@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Пасынкова Надежда Станиславовна, студент, sulee@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
MANUFACTURE OF PUNCHED TEEES FROM TITANIUM ALLOY BY PLASTIC SHAPING OF BARS
O.Yu. Gurov, N.S. Pasynkova
The article presents the results of the analysis of the process of shaping of bar blanks, which consists in creating conditions for the outflow in orthogonal directions with the simultaneous formation of holes in the extruded processes. The influence of the degrees of deformation on the nature of the outflow of the metal is investigated.
Key words: tees, orthogonal extrusion, shaping.
Gurova Olga Yurievna, student, olya-gurova-2016@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Pasynkova Nadezhda Stanislavovna, student, sulee@,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.77.01; 621.7.011 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-5-97-102
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ЭКСЦЕНТРИЧЕСКИХ ПЕРЕХОДНИКОВ СОВМЕЩЕНИЕМ ОПЕРАЦИЙ ОБЖИМА
И ВЫДАВЛИВАНИЯ
П.В. Романов, Р.С. Благочиннов
В статье предложена технологическая схема изготовления эксцентрических переходников из трубных заготовок с одним скошенным торцом путем совмещения операций обжима и выдавливания в одном инструменте. Проведено моделирование предлагаемой технологической схемы. Показаны этапы формообразования с распределением уровней интенсивности средних напряжений, деформаций и силовых режимов.
Ключевые слова: переходник, обжим, выдавливание, заготовка, напряжения, деформации, сила, технологический процесс.
Одним из основных условий машиностроения является требование максимального приближения размеров и конфигурации штампованных заготовок к чистовым деталям, при одновременном повышении их механических свойств и снижении себестоимости. Чем ближе конфигурация заготовки к готовой детали и чем выше ее механические свойства, тем меньше вес и ниже трудоемкость при последующей механической обработке. От качества подготовки заготовок зависит уровень качества получаемой детали, а также надежность работы конечных изделий и их себестоимость.
97
Процессы штамповки обеспечивают идентичность изготавливаемых изделий, таким образом обуславливая их взаимозаменяемость, уменьшая их вес и трудоемкость последующей механической обработки, а также увеличивая производительность технологических процессов [1-4].
В машиностроительной, судостроительной, авиакосмической и других отраслях возникает необходимость изготовления цилиндрических переходников, благодаря которым возможно осуществить соединение труб разного диаметра. Но не всегда условия монтажа позволяют осуществить стыковку вдоль одной общей оси цилиндрических трубопроводов. Часто наружные поверхности труб располагают вдоль одной плоскости и, соответственно, оси трубопроводов смещаются друг от друга и становятся параллельными. В этом случае для стыковки используются переходники со смещенным эксцентриситетом. Конструкция таких эксцентрических переходников регламентируется ГОСТ 17378-2001. Примеры готовых изделий показаны на (рис. 1.).
а б
Рис. 1. Примеры эксцентрических переходников: а - толстостенные; б - тонкостенные
Традиционно технология получения тонкостенных и толстостенных переходников подразумевает использование операций обжима, раздачи, раскатки и выдавливания с последующей обрезкой неровной кромки полуфабриката. Обрезка кромки приводит к неизбежной потере части металла в отход и, естественно, удорожанию готовой продукции.
Применение операции обжима накладывает определенные ограничения на величину уменьшения диаметрального размера части переходника, так как при больших коэффициентах обжима вероятна потеря устойчивости материала заготовки и образование складок в стенке изделия. При выдавливании обычно используется полнотелая цилиндрическая заготовка, которая выдавливается в полость инструмента с получением готового изделия. В связи с большими степенями деформации, реализуемыми при выдавливании, возникают большие деформирующие силы, приводящие к необходимости использования оборудования большой мощности. Большой уровень контактных давлений отрицательно сказывается на стойкости штампового инструмента и приводит к необходимости частой смены рабочего инструмента и удорожанию производства.
Для ликвидации представленных недостатков предлагается при изготовлении асимметричных переходников объединить операцию обжима и выдавливания на одной позиции. В качестве заготовки будем использовать трубный прокат, где будут отрезаться мерные заготовки из трубы под прямым углом и со скосом попеременно для получения максимально ровного торца у получаемого изделия. Модели заготовки и отштампованного изделия приведены на рис. 2. Схема процесса с разбивкой на этапы формообразования показана на рис. 3.
Применение заготовки со скошенным торцом позволяет существенно сократить припуск на последующую обрезку неровного края изделия и тем самым повысить коэффициент использования материала.
■Л
а б
Рис. 2. Трубная заготовка: а - со скошенным торцом; б - полуфабрикат, полученный совмещением операций обжима и выдавливания
Моделирование технологического процесса формообразования эксцентрического переходника совмещением операций обжима и выдавливания за один рабочий ход осуществлялось с использованием прикладного пакета QForm 30. Исходная трубная заготовка имеет следующие геометрические параметры: наружный диаметр -О = 100 мм; минимальная высота заготовки - = 100 мм; толщина заготовки -
s = 3 мм; максимальная высота заготовки определялась суммированием наклонного и двух вертикальных участков. В качестве материала заготовки принималась конструкционная сталь 10. Формообразование проводилось на гидравлическом прессе номинальной силой 50 МН. На рис. 3. показан процесс конечно-элементного моделирования деформирования полого эксцентрического переходника с разбивкой на характерные этапы: а - исходное положение заготовки в инструменте до деформирования; б -формообразование конического участка операцией обжима; в - формирование меньшего цилиндрического участка совмещением операций обжима и выдавливания; г - этап доштамповки полуфабриката с получением готового изделия. Особенностью данной технологической схемы является то, что на пуансоне имеется выступающий бурт, являющийся опорой для цилиндрической заготовки и препятствующий перемещению металла вниз относительно пуансона.
Моделирование показало возможность появления складок вблизи верхней кромки полуфабриката, которые могут распространяться в радиальном направлении. Небольшие складки в конце деформирования, когда заготовка плотно зажимается между пуансоном и матрицей, разглаживаются. В выдавливаемом участке, ввиду больших степеней деформации, складки полностью исчезают.
Проведенное теоретическое моделирование позволило выявить распределение уровня интенсивности напряжений в заготовке (рис. 4) при штамповке трубного полуфабриката.
Анализ полученных результатов распределения интенсивности напряжений, приведенных на рис. 4, показал, что в конической части заготовки уровень интенсивности напряжений равномерен по всей окружности изделия, а максимальный уровень сосредоточен вдоль верхней кромки в зоне появления складок.
Уровень распределения величины накопленной деформации по образующей эксцентрического переходника на различных этапах формообразования показан на рис. 5.
При анализ деформированного состояния заготовки отчетливо видно, что на этапе обжима трубной заготовки возникают очаги повышенной интенсивности деформации. Дальнейшее формоизменение не приводит к разрастанию этих очагов, они так и остаются у кромки изделия. С переходом от операции обжима к выдавливанию величина интенсивности деформации увеличивается в 2 раза. В конической части наблюдается увеличение толщины изделия за счет перераспределения металла в окружном направлении.
а
б
/
I
в г
Рис. 3. Модель формообразования полого эксцентрического переходника: а — исходное положение заготовки в инструменте; б -формообразование конического участка операцией обжима; в — формирование меньшего цилиндрического участка совмещением операций обжима и выдавливания; г — этап доштамповки полуфабриката с получением готового изделия
-
I
а б в
Рис. 4. Интенсивность напряжений в заготовке: а — на этапе формообразования конического участка операцией обжима; б — этап формирования меньшего цилиндрического участка совмещением операций обжима и выдавливания; в — на этапе доштамповки полуфабриката с получением готового изделия
Изменение силы формообразующего процесса в зависимости от относительно-
го хода деформирующего инструмента И = -
И
Иш
показано на рис. 6.
ax
Анализ изменения силовой характеристики показывает, что при реализации операции обжима трубной заготовки сила плавно увеличивается до момента начала затекания металла в область меньшего переходного кольца, т.е. до начала операции выдавливания. Затем происходит резкий скачек силы до максимальной величины в конце завершения операции.
■
т
-
р
а
б
Рис. 5. Накопленная деформация в заготовке: а — на этапе формообразования конического участка операцией обжима; б — этап формирования меньшего цилиндрического участка совмещением операций обжима и выдавливания; в — на этапе доштамповки полуфабриката с получением
готового изделия
Р,МН
Рис. 6. Изменение силы формообразующего процесса в зависимости от относительного хода деформирующего инструмента
в
Выбранная технологическая схема формообразования эксцентрических переходников из трубных заготовок со скошенным торцом путем совмещения операции обжима и выдавливания в одном инструменте может приводить к образованию очагов интенсивной пластической деформации, т.е. потере устойчивости материала заготовки и появлению складок вблизи верхней кромки полуфабриката. Но небольшие складки в конце деформирования, ввиду большого гидростатического давления при выдавливании, разглаживаются и полностью исчезают
Работа выполнена в рамках гранта РФФИ 20-08-00401.
Список литературы
1. Ковка и штамповка: справочник: В 4 т. Т. 4. Листовая штамповка / Под общ. ред. С.С. Яковлева; ред. совет: Е.И. Семенов (пред.) и др. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2010. 732 с.
2. Прогрессивные технологические процессы холодной штамповки. /Гречников Ф.В., Дмитриев A.M., Кухарь В.Д. и др.; Под общ. ред. А.Г. Овчинникова. М.: Маши-ностроение,1985. 184 с.
3. Малоотходная, ресурсосберегающая технология штамповки / Под ред. В.А. Андрейченко, Л.Г. Юдина, С.П. Яковлева. Кишинев: Universitas, 1993. 240с.
4. 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.
Романов Павел Витальевич, аспирант, mpf-tula@,rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Благочиннов Роман Сергеевич, студент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
SIMULATION OF THE PROCESS OF OBTAINING ECCENTRIC ADAPTERS BY COMBINING CRIMPING AND EXTRUSION OPERATIONS
P.V. Romanov, R.S. Blagochinnov
The article proposes a technological scheme for the manufacture of eccentric adapters from pipe blanks with a single beveled end by combining the operations of crimping and extrusion in one tool. The simulation of the proposed technological scheme is carried out. The stages of shaping are shown with the distribution of the intensity levels of average stresses, deformations, and force modes.
Key words: adapter, crimping, extrusion, billet, stresses, deformations, force, technological process.
Romanov Pavel Vitalyevich, graduate student, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University.
Blagochinnov Roman Sergeevich, student, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.77; 621.7.043 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-5-102-106
ИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ ОБЖИМ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ЗАГОТОВОК
А.А. Пасынков, О.М. Герасимова, Б.С. Яковлев
Рассмотрена операция обжима габаритных толстостенных труб из трудно-деформируемого сплава ВТ6. Обжим осуществляется в режиме горячего деформирования. Выполнено моделирование данной операции, используя результаты которого установлено влияние степеней деформации, габаритов заготовок и температурно-скоростных режимов на силы деформирования.
Ключевые слова: обжим, крупногабаритные изделия, силы, анализ, горячее формоизменение.
В общем и специальном машиностроении часто используются металлические изделия, представляющие собой горловины, т.е. изделия с разными поперечными размерами относительно вертикальной оси. Данные изделия возможно получать различными методами. Определенный интерес представляет изготовление таких типов изделий, отличающихся значительными габаритными размерами методами обработки давлением и обжима, в частности. Использование обжима при изготовлении горловин позволяет добиться повышения коэффициента использования материала и эксплуатационных характеристик изделий. Однако при обжиме габаритных изделий возникают определённые проблемы, связанные с подбором режимов деформирования, обеспечивающих получение заданной геометрии без искажения. Требуется научно-обоснованный подбор режимов деформирования.
