CC BY
3
vicinity of the angles of the stamped elements. As the rate of deformation increases, the deformations accumulated by the material increase, and the damage by microdefects decreases. A significant decrease in damage is due to an increase in the hydrostatic pressure in the plastic region, leading to an increase in the ultimate deformation at which the destruction occurs.
Key words: Inertia forces, transient plastic flow, stresses, force parameters, deformations, structural damage.
Tutyshkin Nikolay Dmitrievich, doctor of technical sciences, professor, niko-lai.tutyshkin@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Travin Vadim Yuryevich, candidate of technical sciences, chief designer of the direction, Russia, Tula, JSC «NPO «SPLAV» named after A.N. Ganichev»
УДК 621.77.01; 621.7.011
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-11-495-499
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ЭКСЦЕНТРИЧЕСКИХ ПЕРЕХОДНИКОВ СОВМЕЩЕНИЕМ ОПЕРАЦИЙ РАЗДАЧИ И ВЫДАВЛИВАНИЯ
П.В. Романов, Р.С. Благочиннов
В работе показана технологическая схема получения стальных переходников со смещенной осью из трубных заготовок, имеющих скошенный торец, путем совмещения процессов раздачи и выдавливания за один переход. Приведены результаты 3D моделирования предлагаемого способа изготовления эксцентрических переходников. Процесс разбивался на характерные этапы деформирования, для каждого из которых показано распределение величин интенсивности средних напряжений, деформаций, силовых характеристик.
Ключевые слова: переходник, раздача, выдавливание, заготовка, напряжения, деформации, сила, совмещение операций.
В последнее время все большее внимание уделяется интенсификации процессов обработки материалов с одновременным увеличением требований к качеству получаемых изделий и снижением ее себестоимости. В области обработки материалов давлением выполнение данных требований зачастую реализуется путем группировки нескольких штамповочных операций, реализуемых за один технологический переход [1-4]. В связи с этим необходимо более глубокое изучение механики процессов штамповочного производства, включающих кинематику течения материала, напряженное и деформированное состояние материала, силовые параметры процессов, предельные возможности деформирования и т.д.
Рассмотрим процесс изготовления эксцентрических переходников (рис. 1.) путем совмещения операций раздачи и выдавливания в одном инструменте.
В качестве заготовки используем стальную бесшовную горячекатаную трубу со скошенным торцом диаметром 50 мм, минимальной высотой 75 мм, толщиной стенки 3 мм (рис.
2). Свойства выбранной стали: временное сопротивление разрыву = 500 МПа, предел текучести Q т = 420 МПа. Угол скоса заготовки определялся суммой длин по образующей двух
вертикальных и наклонного участка в инструменте.
При совмещении технологических операций обработки давлением металл претерпевает значительные деформации. В связи с этим процесс удобно рассматривать в каждый фиксированный момент его протекания. Для каждого из этих моментов производилась оценка напряженно-деформированного состояний заготовки.
а б
Рис. 1. Примеры готовых изделий: а- тонкостенные; б- толстостенные
ц
б
Рис. 2. Эскиз трубной заготовки со скошенным торцом - а; эскиз полуфабриката, полученного совмещением операций раздачи и выдавливания - б
Проведем конечно-элементное моделирование процесса получения эксцентрического переходника совмещением операций раздачи и выдавливания в одном инструменте (рис. 3). Процесс деформирования разбивался на характерные этапы: а - начало деформирования заготовки в инструменте; б - формообразование конического участка операцией раздачи; в - этап доштамповки полуфабриката операцией выдавливания с получением готового изделия. Совмещение штамповочных операций осуществляется путем реализации замкнутого очага деформирования выступающим пояском на матрице, являющимся опорой для трубной цилиндрической заготовки и препятствующим перемещению металла вниз относительно пуансона.
лх
а б в
Рис. 3. Моделирование процесса получения эксцентрического переходника совмещением операций раздачи и выдавливания: а - начальный этап деформирования заготовки в инструменте; б - формообразование конического участка операцией раздачи; в - этап доштамповки полуфабриката операцией выдавливания с получением готового
изделия
Проведенное конечно-элементное моделирование позволило установить распределение величин интенсивностей напряжений в деформируемой заготовке (рис. 4).
Анализ картины распределения интенсивности напряжений, приведенных на рис. 4, показывает, что в конической части заготовки интенсивность напряжения возрастает от центра заготовки к верхнему торцу с преимущественным развитием растягивающих напряжений. Возле опорной кромки матрицы присутствуют очаги повышенного уровня напряжений, но они не могут оказать влияние на снижение устойчивости протекания процесса формообразования, т.к. пластически деформируемый металл со всех сторон окружен инструментом.
I
а
а б в
Рис. 4. Интенсивность напряжений в заготовке: а - начальный этап деформирования заготовки в инструменте; б - формообразование конического участка операцией раздачи; в - этап доштамповки полуфабриката операцией выдавливания с получением готового
изделия
Распределение величины накопленной деформации по объему формоизменяемой заготовки на различных этапах деформирования показано на рис. 5.
а б в
Рис. 5. Распределение накопленной деформации по объему заготовки на этапах деформирования: а - начальный этап деформирования заготовки в инструменте; б - формообразование конического участка операцией раздачи; в - этап доштамповки полуфабриката операцией выдавливания с получением готового изделия
Анализ деформированного состояния заготовки показывает, что наибольшие деформации реализуются на ребре перехода от наклонного конического участка к большему цилиндрическому участку на этапе обжима. Дальнейшее формоизменение не приводит к росту величины накопленной деформации. В связи с этим, на ребре перехода конического участка в цилиндрический, реализуется максимальное утонение деформируемой заготовки. Прочностные расчеты для готовой детали должны быть проведены с учетом утонения стенки заготовки.
Изменение величины силы совмещенной операции раздачи и выдавливания в зависимости от относительного хода деформирующего инструмента — = ——— показано на рис. 6.
hmax
Анализ графической зависимости изменения силы деформирования показывает, что при раздаче трубной заготовки сила на пуансоне плавно возрастает до начала течения металла в область большего переходного кольца, т.е. до начала операции выдавливания. Затем происходит резкий рост силы до максимального значения в конце завершения формообразования.
Исследуемая технологическая схема получения эксцентрических переходников из трубных заготовок со скошенным торцом путем совмещения операции раздачи и выдавливания в одном инструменте является более оптимальной по сравнению с технологией получения переходников операцией обжима [5] с точки зрения стабильности протекания процесса, т.к. не образуется очагов интенсивной пластической деформации.
р,мн
1 4 6 8 Л
Рис. 6. Изменение силы деформирования в зависимости от относительного хода
инструмента
К недостаткам можно отнести необходимость применения большей технологической силы и наличию утонения в стенке заготовки, ослабляющего прочность готового изделия. Работа выполнена в рамках гранта НШ-2601.2020.8.
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.: Машиностроение,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.
5. Романов П.В., Благочиннов Р.С. Моделирование процесса получения эксцентрических переходников совмещением операций обжима и выдавливания // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 5. С. 97-102.
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, postgraduate, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Blagochinnov Roman Sergeevich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
