CC BY
4
ТЕХНОЛОГИИ И МАШИНЫ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ
УДК 621.77; 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-4-424-428
НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМАЦИОННОЕ СОСТОЯНИЕ СТАЛЬНЫХ ТРУБ ПРИ ОБРАТНОМ ВЫДАВЛИВАНИИ
С.Н. Ларин, В.И. Платонов, Н.М. Матченко
В данной статье рассмотрена операция обратного выдавливания трубы из стали на оправки, исключающей течение материала заготовки в радиальном направлении. Выполнено моделирование, по результатам которого установлено влияние редукции, конусности пуансона на силу процесса и максимальные напряжения в очаге деформации. Для анализа процесса были выбраны трубы диаметром 90 мм с толщиной стенки 9 мм. Материал заготовок углеродистая сталь 10. Деформирование осуществляется при комнатной температуре. На основе анализа полученных результатов получены зависимости изменения сил выдавливания в течении времени деформирования, в зависимости максимальных напряжений в очаге деформации от редукции и конусности инструмента и трения. Приводятся сравнение данных с результатами, полученными по схеме с пуансоном без оправки. Анализ полученных результатов позволяет сделать выводы о преимуществах каждой из рассматриваемых схем выдавливания.
Ключевые слова: обратное выдавливание, холодное деформирование,
сила.
В работе [1] выполнено исследование влияния степени деформации и конусности пуансона на силовые характеристики, напряженное состояние и геометрию изделий, формируемых при выдавливании трубы пуансоном без оправки. В данной статье рассмотрена аналогичная операция, но с отличиями от схем, рассмотренных ранее. Отличием рассмотренного процесса является наличие оправки, исключающей течение материала заготовки в радиальном направлении. На рис. 1 дана схема процесса. Выполнено моделирование, по результатам которого установлено влияние редукции, конусности пуансона на силу процесса и максимальные напряжения в очаге деформации. Приводятся сравнение данных с результатами, полученными по схеме с пуансоном без оправки. Выполнена оценка сил по рассмотренным схеме при малых степенях деформации. На рис. 1 так же представлены схемы операции, полученные в ходе компьютерного моделирования.
Для анализа процесса были выбраны трубы диаметром 90 мм с толщиной стенки 9 мм. Материал заготовок углеродистая сталь 10. Температура заготовки 20°С . Угол конусности матрицы 14... 20° . Степени деформации г = ——=0,8...0,375. Коэффициент трения 0,05.0,15. Радиус скруления рабочей кромки пуансона 1.6 мм.
Выполнен ряд опытов посредством компьютерного моделирования. Анализируя полученные результаты были установлены силовые режимы процесса. На рис. 2 дан график изменения сил выдавливания в течении времени деформирования для пуансонов с углом конусности а = 11° .
Рис. 1. Схема операции
Рис. 2. Изменение силы выдавливания в течении операции (а = 11°): 1 - r = 0,8; 2 - r = 0,55; 3 - r = 0,375
График изменения силы выдавливания в течении времени деформирования условно можно разделить на 2 этапа - нестационарную и стационарную стадии деформирования. Ориентировочно граница этих стадий находится в интервале h = 0,35...0,45. При а = 11° с ростом степени деформации в интервале r = 0,8...0,375 происходит рост сил в 4 раза. На рис. 3 дан график изменения сил выдавливания в течении времени деформирования для пуансонов с углом конусности а = 14° .
Р,Н
2000000 1500000 1000000 500000
о
2 3,
1х
\
0,2
0,4 0,6
0,8
h
Рис. 3. Изменение силы выдавливания в течении операции (а = 14°): 1 - r = 0,8; 2 - r = 0,55; 3 - r = 0,375
425
При а = 14° с ростом степени деформации в интервале г = 0,8.0,375 происходит рост сил в 3,3 раза.
На рис. 4 дан график изменения сил выдавливания в течении времени деформирования для пуансонов с углом конусности а = 20° . При а = 20° с ростом степени деформации в интервале г = 0,8.0,375 происходит рост сил в 2,7 раза.
Р,Н
2000000 1500000 1000000 500000 0
О 0,2 0,4 0,6 0,8 ^
Рис. 4. Изменение силы выдавливания в течении операции (а = 20°): 1 - г = 0,8; 2 - г = 0,55; 3 - г = 0,375
На рис. 5 представлен график изменения силы рассматриваемой операции в зависимости от угла конусности рабочей поверхности пуансона для разных величин степеней деформации. Анализ данной зависимости показал, что рост угла конусности рабочей поверхности пуансона в интервале 14. 20° приводит к росту силы выдавливания для степени деформации г = 0,8 в 1,4 раза, для степени деформации г = 0,375 в 1,1 раза. Увеличение степени деформации в среднем ведет к росту сил в 3,5 раза.
На рис. 6 представлен график изменения силы выдавливания от величины конусности пуансона по рассматриваемой схеме деформирования и по схеме со свободной поверхностью под пуансоном.
Р, кН
2500 2000 1500 1000 500 0
и 14 п а, градус
Рис. 5. Изменение силы выдавливания от величины конусности пуансона:
1. г =0,8; 2- Г =0,55; 3 - Г =0,375
Р, кН
900 800 700 600 500 400
п 14 17 а, градус
Рис. 6. Изменение силы выдавливания от величины конусности пуансона (Г =0,8): 1 —рассматриваемая схема деформирования; 2 -схема со свободной поверхностью
под пуансоном
426
2,/-----
\
/ \
Л Х
/
2,
\ Ч
ч-
—^
Анализ полученных результатов позволяет сделать выводы о том, что реализация схемы деформирования со свободной поверхностью под деформирующим инструментом позволяет снизить силу деформирования в 1,5 раза.
Таким образом реализация схемы деформирования со свободной поверхностью заготовки под деформирующим инструментом позволяет добиться значительного снижения сил деформирования. В то же время такая схема деформирования имеет ограничения по степеням деформирования, которые по выполненным ранее исследованиям не должны превышать r = 0,7.
Работа выполнена в рамках гранта РФФИ 20-08-00401.
Список литературы
1. Ларин С.Н., Платонов В.И., Нуждин Г.А. Силовые режимы обратного выдавливания стальной трубы // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 2. С. 18 - 21.
2. 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.
3. Трегубов В.И., Ларин С.Н., Пасынков А.А., Нуждин Г.А. Оценка влияния геометрии инструмента на силовые параметры совмещенного процесса вытяжки и отбор-товки // Заготовительные производства в машиностроении. 2019. №4. С. 165-167.
4. Грязев М.В., Ларин С.Н., Черняев А.В. Предельные возможности формообразования при обжиме трубной заготовки в матрице конической формы // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. Вып. 7. С. 3-8.
5. Jennifer Tennera, Kolja Andreasa, Adrian Radiusa, Marion Merklein Numerical and experimental inves-tigation of a dry drawing of aluminum alloys with conventional and coated tool surfaces, Procedia Engineering, 2017. Volume 207. P. 2245-2250.
6. Junsong Jin, Xinyun Wang Lei, Deng Jiancheng Luo A single-step hot stamping-forging process for the aluminum alloy shell with nonuniform thickness, Journal of Materials Processing Technology. 2016. Volume 228. P. 170-178.
7. Dongbin Wei, Liang Luo, Hideki Satoc ZhengyiJiang, Kenichi Manabec Simulations of hydro-mechanical deep drawing using Voronoi model and real microstructure model, Procedia Engineering. 2017. Volume 207. P. 1033-1038.
8. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1968.
283 с.
9. Богатов А.А., Мижирицкий О.И., Смирнов С.В. Ресурс пластичности металлов при обработке давлением. М.: Металлургия, 1984. 144 с.
10. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977. 423 с.
Ларин Сергей Николаевич, д-р техн. наук, профессор, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Платонов Валерий Иванович, канд. техн. наук, доцент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Матченко Николай Михайлович, д-т мех. мат. наук, профессор, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
STRESS-DEFORMATION STATE OF STEEL PIPES UNDER BACK EXTRACTION
S.N. Larin, V.I. Platonov, N.M. Matchenko 427
This article discusses the operation of reverse extrusion of a pipe from steel onto mandrels, which excludes the flow of the workpiece material in the radial direction. Modeling was performed, the results of which established the effect of reduction, punch taper on the process force and maximum stresses in the deformation zone. Pipes with a diameter of 90 mm and a wall thickness of 9 mm were selected for process analysis. The blank material is carbon steel 10. Deformation is carried out at room temperature. Based on the analysis of the results obtained, the dependences of the change in the extrusion forces during the deformation time, the dependence of the maximum stresses in the deformation zone on the reduction and taper of the tool and friction were obtained. The data are compared with the results obtained according to the scheme with a punch without a mandrel. An analysis of the results obtained allows us to draw conclusions about the advantages of each of the considered extrusion schemes.
Key words: reverse extrusion, cold deformation, force.
Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tulaaram-bler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Platonov Valeriy Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tulaa ram-bler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Matchenko Nikolai Mikhailovich, doctor of mechanics and mathematics sciences, professr, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.98:539.376
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-4-428-433
ОЦЕНКА ПОТЕРИ СПЛОШНОСТИ МАТЕРИАЛА ЗАГОТОВОК В ПРОЦЕССАХ СВАРКИ ДАВЛЕНИЕМ ПРИ ПЛОСКОЙ И ОСЕСИММЕТРИЧНОЙ ДЕФОРМАЦИИ
П.В. Романов
В работе приведены результаты исследований влияния различных технологических параметров при осадке призматических и цилиндрических заготовок на уровень потери сплошности материалом заготовки в условиях плоской и осесимметричной деформации соответственно. Моделирование осуществлялось на примере осадки образцов из алюминиевого АМг6 и титанового ВТ 14 сплавов в изотермических условиях при вязком течении материала с использованием математической модели, построенной на базе энергетического метода расчета. Оценка изменения уровня сплошности пластически деформируемой заготовки позволяет правильно назначить технологические режимы при построении технологического процесса и спрогнозировать качество получаемого изделия. Показано изменение уровня потери сплошности заготовок в зависимости от начальной высоты образцов и величины осадки при фиксированной скорости перемещения пуансона и заданном коэффициенте трения на контактных поверхностях.
Ключевые слова: осадка, давление, напряжения, деформации, сплошность, сварка давлением.
В конструкциях изделий ответственного назначения используются высокопрочные материалы, обладающие повышенными эксплуатационными характеристиками и малым удельным весом. Как правило, такие материалы являются мало пластичными и не деформируются при комнатных температурах. В связи с этим необходимо создание
428
