CC BY
4
УДК 621.7.043
НАПРЯЖЕННОЕ И ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ СТУПЕНЧАТОЙ ДЕТАЛИ
Л.В. Каркач
Проведено исследование влияния формы пуансона на напряженное и деформированное состояние при формировании ступенчатой осесимметричной детали выдавливанием в программе QForm. Проведена оценка интенсивности деформаций, средних напряжений и интенсивности напряжений.
Ключевые слова: напряжения, деформации, ступенчатая деталь, наружная поверхность, средние напряжения.
Осесимметричные металлические детали, представляющие собой тела вращения, как правило, изготавливают с помощью операций выдавливания. При этом детали могут иметь разные наружные и внутренние диаметры. При объемной штамповке важным фактором процесса является геометрия инструментов, участвующих в формообразующих операциях [1-3]. Например, выдавливание полуфабриката возможно различными по форме давящими инструментами, может отличаться поверхность, непосредственно которой создается давление на заготовку. В настоящей работе рассмотрим несколько видов такой поверхности: плоскую и с формой эллиптического параболоида. Так как операции объёмной штамповки являются сложными ввиду интенсивных течений материала, а также высоких степеней деформации, актуальным является вопрос об изучении влияния форм инструментов на напряженное и деформированное состояние в изделии.
Для оценки этого фактора был проведен ряд компьютерных моделирований, результаты которого приведены на рис. 1, 2 и 3. Моделирование проводилось в программе QForm [4-6], которая позволяет решить поставленную задачу в наглядном виде и с наименьшим количеством препятствий [7-9]. Моделировалось деформирование при использовании пуансона и ступенчатой полости матрицы для формирования горячей объемной штамповкой требуемой осе-симметричной детали, имеющей форму тела вращения, при этом в детали имелась внутренняя полость. По рассматриваемой схеме пуансон давит на заготовку, распределяя материал создает упомянутую выше полость и за счет перераспределения металла создается ступень на наружной поверхности.
Для удобства восприятия масштабная шкала для рассматриваемых параметров была приведена к единому виду для каждой из рассматриваемых величин, которая приведена под буквами «В» в каждом из последующих рисунков.
Рис. 1. Деформации
При использовании плоскости в качестве давящей поверхности наблюдается большая область пластических деформаций, а также наибольшая их величина, которая составляет 6,9, при этом эллиптический параболоид создает меньшую, примерно на 10% величину, составляющую 6,4.
Известия ТулГУ. Технические науки. 2021. Вып. 12
ГШ
Рис. 2. Интенсивность напряжений
Анализ интенсивности напряжений показал практически полную идентичность рассматриваемого параметра при использовании разного по форме инструмента. Одинаковы и характер распределения интенсивности напряжений, но и их максимальная величина, которая составляет 128 Мпа.
Рис. 3. Средние напряжения
В донной части ступенчатой осесимметричной детали наблюдаются сжимающие напряжения, которые в пике составляют примерно 430 МПа для плоского пуансона, в случае применения фасонного давящего инструмента наибольшее сжимающее напряжение составляет около 300 МПа. В области стенки полуфабриката преобладают также сжимающие напряжения, по величине равные примерно 50 Мпа.
В результате проведенных исследование было установлено, что:
1. Характер распределения деформаций в обоих случаях одинаков, однако максимальные величины отличаются на 7%.
2. Интенсивности напряжений распределены подобным образом для деформирования различными инструментами, также, как и их величины.
3. Во всей области пластических деформаций в рассматриваемом сечении и в полуфабрикате в целом наблюдаются сжимающие напряжения.
Таким образом, было установлено что напряженное и деформированное состояние в полуфабрикате не значительно зависит от формы давящей поверхности пуансона, так как значительных отличий ни в характере распределения рассматриваемых параметров, ни в их величинах установлено в ходе моделирования не было.
Список литературы
1. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением: учебник для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1977. 423 с.
2. Технология обработки давлением цветных металлов и сплавов: учебник для вузов / А. В. Зиновьев, А. И. Колпашников, П. И. Полухин [и др.]. М.: Металлургия, 1992. 512 с.
3. Грибачев Я.В. Напряженно-деформированное состояние стальной заготовки в процессе осадки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 9. С. 468-470.
4. Алексеев А.В. Напряженное и деформированное состояние при горячей объемной штамповке сложнопрофильной детали // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 6. С. 374-376.
5. Ларин С.Н., Бессмертная Ю.В., Нуждин Г.А. Оценка сил при обжиме стальной трубной заготовки с выдавливанием // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 5. С. 64-67.
6. Ларин С.Н., Исаева А.Н., Яковлев С.С. Обжим с выдавливанием стальной трубной заготовки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 5. С. 114-118.
7. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением. Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. техн. ун-та - УПИ, 2001. 836 с.
8. Bogdanov S.B., Alekseev A.V., Gribachev Y.V. Comprehensive assessment of the production of a pipe billet with a flange by forging at various temperature conditions. 2021 J. Phys.: Conf. Ser. 2094 042060.
9. Ларин С.Н., Самсонов Н.А., Платонов В.И. Анализ формирования геометрии изделий при вытяжке квадратных заготовок на профильной матрице // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2021. № 3 (117). С. 3-6.
Каркач Леонид Витальевич, студент, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
STRESS AND DEFORMED STATE WHEN RECEIVING THE STEPPED PART
L.V. Karkach
The study of the influence of the punch shape on the stressed and deformed state during the formation of a stepped axisymmetric part by extrusion in the QForm program has been carried out. The assessment of the intensity of deformations, average stresses and stress intensity has been carried out.
Key words: stresses, deformations, stepped part, outer surface, average stresses.
Karkach Leonid Vitalevich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.777.4
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-12-149-154
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАГРЕВА ЗАГОТОВКИ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ МНОГОПЕРЕХОДНОЙ ПОЛУГОРЯЧЕЙ
ШТАМПОВКИ ВЫДАВЛИВАНИЕМ
Р.А. Сидоров
Представлен вариант расчета оптимальной температуры нагрева заготовок при реализации многопереходных операций полугорячей штамповки выдавливанием. Произведен расчет оптимальной температуры нагрева заготовки для двухпереходной полугорячей штамповки выдавливанием труб из стали 30ХН2МФА.
Ключевые слова: многопереходная штамповка, полугорячая штамповка выдавливанием, предварительный нагрев, температура фазовых превращений.
Полугорячая штамповка выдавливанием является операцией объемного формоизменения, позволяющей изготавливать детали, качество поверхности которых удовлетворяет жестким требованиям, предъявляемым к изделиям ответственного назначения [1]. Кроме этого, известно, что при создании высокой интенсивности деформации имеется возможность улучшения структуры деформируемого материала за счет эффекта «залечивания» макро- и микродефектов,
149
