НАПРЯЖЕННОЕ И ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРИ ШТАМПОВКЕ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ ПРИ РАЗНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Key words: corrugation, cylindrical billet, damageability, corrugation mesh, lead-in part, defects.

Kukhar Vladimir Denisovich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Yakovlev Sergey Sergeevich, postgraduate, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.73.01

НАПРЯЖЕННОЕ И ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРИ ШТАМПОВКЕ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ ПРИ РАЗНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ

В.Н. Жерносек

Были оценены интенсивности деформаций и напряжений, средние напряжения в полуфабрикате при комбинированном выдавливании в условиях холодной и горячей штамповки, для выявления возможности замены горячей штамповки на холодную для формирования осесим-метричного изделия.

Ключевые слова: напряжения, деформации, пластическое течение, материал, сталь, обработка, давление.

В машиностроении широкую номенклатуру изделий составляют детали с формой втулки. Они используются повсеместно, а для их изготовления обычно применяются операции обработки металлов давлением. Основной сложностью при изготовлении таких деталей является получение вертикальных стенок и фланцевой части, так как для их выполнения требуется определенный характер течения материала. Поэтому как правило применяется закрытая горячая объемная штамповка или выдавливание, обычно горячее [1-3].

Однако интерес представляет возможность замещения горячей обработки давлением на холодную, так как при холодной обработке ниже трудоемкость изготовления (нет необходимости в предварительном нагреве заготовки и инструмента), выше безопасность и ниже травмо-опасность (за счет отсутствия необходимости в работе с горячими деталями), а также не нужно специальное оборудование (печи, захваты, съемники, работающие в условиях повышенных температур) [4-7]. Поэтому для упомянутых выше факторов возможно применение холодной штамповки, однако для осуществления этого процесса требуется значительное усилие, что существенно снижает технологичность и возможность применения способа для крупных заготовок. При этом схема напряженного и деформированного состояния также значительно меняется, поэтому в настоящей работе осуществим ее исследование при помощи проведенного математического и компьютерного моделирования. Которое проводилось в программе QForm 10 [8-9]. Для моделирования были выбраны 2 заготовки, имеющие одинаковые формы и размеры, выполнены из стали 15, но отличающиеся начальной температурой: 20 и 1150 градусов Цельсия.

Рассматриваются средние напряжения (рис. 1), интенсивность напряжений (рис. 2) и интенсивность деформаций (рис. 3).

Анализ средних напряжений показал значительное сужение наибольших растягивающих и сжимающих напряжений при горячей штамповке, относительно холодной. Характер распределения средних напряжений остается одинаковым при замещении горячего деформирования на холодное, меняются только величины.

Наибольшая величина интенсивности напряжений при горячей штамповке в 5 раз ниже, чем при холодной и составляет 120 МПа вместо 720 МПа. При этом отличается характер распределения, так при горячей штамповке напряжения распределены в зоне перехода фланца в дно, а также на наружной поверхности стенки, при холодной же штамповке - в зоне внутренней части стенки.

Технологии и машины обработки давлением

а б

Рис. 2. Интенсивность напряжений при 20°С (а) и при 1150°С (б)

аб Рис. 3. Деформации при 20°С (а) и при 1150°С (б)

Деформации распределены по полуфабрикатам подобным образом, однако их наибольшая величина отличается, и для холодной составляет 700%, а для горячей - 650%, что на примерно 7% ниже.

Таким образом было проведено моделирование, которое показало, что:

1. При холодном выдавливании и при горячем значительно отличаются технологические силы.

2. Деформации и средние напряжения распределены схожим образом и при горячей штамповке, и при холодной.

3. При горячей штамповке значительно сужается интервал величин средних напряжений.

4. Характер распределения интенсивности напряжений сильно отличается при холодной и горячей штамповке.

Список литературы

1. Яковлев С.С., Подтягин В.Э., Никишкин А.Е. Исследование напряжений в инструменте при горячей объемной штамповки трубных заготовок с фланцем // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 12. С. 186-188.

2. Гололобова Л.Е., Чупеткин И.В., Чижов И.А. Оценка напряженного состояния при одновременной реализации осадки и обратного выдавливания // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 12. С. 138-141.

3. Ларин С.Н. Исследование характера течения материала и сил совмещенного процесса изотермического обжима с набором утолщений на торцах трубных заготовок // Проблемы машиноведения. Материалы V Международной научно-технической конференции. Омск, 2021. С. 258-263.

4. Ло Синь, Евсюков С.А., Юй Чжунци. Исследования процесса вытяжки в коническую матрицу // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 9. С. 513-520.

5. Яковлев С.С. Анализ силовых режимов при рифлении внутренней поверхности оболочки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 7. С. 13-16.

6. Яковлев С.С., Платонов В.И., Черняев А.В. Математическое моделирование операции изотермического обратного выдавливания анизотропных трубных заготовок // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2013. Вып. 1. С. 75-84.

7. Жерносек В.Н. Анализ формы детали и течения материала при комбинированном выдавливании // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 12. С. 555-557.

8. Ларин С.Н., Трегубов В.И., Исаева А.Н. Математическая модель комбинированного выдавливания прутковой заготовки в цилиндрическую матрицу пуансоном с плоской рабочей поверхностью // Заготовительные производства в машиностроении. 2020. Т. 18. № 7. С. 309312.

9. Ларин С.Н., Платонов В.И., Нуждин Г.А. Влияние угла конусности матрицы на силу обжима стальной трубной заготовки с утонением стенки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 2. С. 482-486.

Жерносек Владимир Николаевич, магистрант, mpf-tula@„rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

STRESS AND DEFORMED STATE FOR PUNCHING OF AXISYMMETRIC PRODUCTS AT

DIFFERENT TEMPERATURES

V.N. Zhernosek

The intensity of deformations and stresses, the average stresses in the semifinished product during combined extrusion under the conditions of cold and hot stamping, were evaluated in order to identify the possibility of replacing hot stamping with cold stamping to form an axisymmetric product.

Key words: stresses, deformations, plastic flow, material, steel, processing, pressure.

Zhernosek Vladimir Nikolaevich, undergraduate, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.7.043

АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ СТУПЕНЧАТОЙ ДЕТАЛИ

Л.В. Каркач

Проведено компьютерное моделирование для комплексной оценки процесса выдавливания ступенчатой детали из стали. Проводится исследование влияния формы пуансона на силу, форму получаемого ступенчатого полуфабриката, напряжения в инструменте.

Ключевые слова: сталь, ступенчатая деталь, выдавливание, процесс, сплав, обработка давлением.

Для изготовления ступенчатых деталей как правило применяют операции обработки металлов давлением. Однако подобные изделия возможно изготавливать другими технологиями (обработка резанием, литье), но именно операциями ОМД возможно получение наиболее качественных полуфабрикатов при наивысшем коэффициенте использования материала. В настоящей работе рассмотрим получение детали со ступенчатой наружной поверхностью и