CC BY
47
Chudin Vladimir Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Moscow, Moskow State University Ways of Communications,
Perepelkin Aleksey Alekseevich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Chernyaev Aleksey Vladimirovich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Yakovlev Boris Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.983; 539.374
НЕОДНОРОДНОСТЬ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ ПО ТОЛЩИНЕ ДЕТАЛИ ПРИ СОВМЕЩЕНИИ ОПЕРАЦИЙ ОБЖИМА, ОБЖИМА С УТОНЕНИЕМ И ВЫДАВЛИВАНИЯ ТОЛСТОСТЕННЫХ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК
К.Х. Нгуен, О.Н. Митин, Г.А. Нуждин
Установлены закономерности влияния технологических параметров на неоднородность распределения деформаций по толщине детали при совмещении операций обжима, обжима с утонением и выдавливания толстостенных трубных заготовок методом конечных элементов на основе программного комплекса QFORM 2В-3В V. 7.
Ключевые слова: моделирование, совмещение операций, обжим с утонением, выдавливания, неоднородность, матрица, пуансон, коэффициент обжима, коэффициент утонения, поперечное сечение, степень деформации.
В работах [1 - 8] выполнено моделирование операций обжима, обжима с утонением, выдавливания и их совмещения при обработке толстостенных трубных заготовок конической матрицей методом конечных элементов. Выявлено влияние угла конусности матрицы, коэффициента трения, коэффициента обжима и утонения на силовые режимы, неоднородность распределения напряжений и деформаций по толщине изготавливаемой детали.
Ниже показано влияние технологических параметров на неоднородность распределения деформаций по толщине детали при совмещении операций обжима, обжима с утонением и выдавливания толстостенных трубных заготовок методом конечных элементов на основе программного
комплекса QFORM 2D-3D v. 7 [9]. Для создания геометрии деталей экспериментальных штампов и заготовок используем программный комплекс КОМПАС 3D v.13. На рис. 1 представлены модели заготовки и инструментов на 3D перед моделированием в среде программы QFORM 2D-3D v.7. Моделирование выполняется из стали 10 (= 210 МПа; ав = 340 МПа; П = 750 МПа); диаметр заготовки 134х106 мм в конической матрице с углом конусности а = 10; 20; 300; коэффициент трения т = 0,1; 0,15; 0,2; коэффициент обжима тоб = 0,7; 0,8; 0,9; коэффициент утонения тут = 0,8; 0,9; 1; глубина выдавливания Нв = 10 мм и степень деформаций
поперечного сечения Е = 67,5; 70; 72,5; 75 и 77,5 % в среде программы QFORM 2Б-3Б v.7.
Рис. 1. Модель заготовки и инструментов на 3Б перед моделированием: 1 - заготовка; 2 - пуансон; 3 - матрица; 4 - оправка; 5 - выталкиватель
Рассматривалось деформированное состояние в характерных трех точках Р0, Р1, Р2 (рис. 2), соответствующих внутренней, свободной и контактной поверхности рабочего инструмента и трубной заготовки, и в точке, находящейся на зоне выдавливания Р3 [8].
На рис. 3 представлены типовое распределение и шкалы распределения деформаций в пластической области на заключительной стадии процесса.
Рис. 1. Положение элементов в конечно-элементной сетке при совмещении операций обжима, обжима утонения и выдавливания толстенных заготовок: 1 - элемент №1 (Р0); 2 - элемент №2 (Р1); 3 - элемент №3 (Р2); 4 - элемент №4 (Р3)
Рис. 1. Распределение степени деформации в детали
(а = 10°; тоб = 0,9; тут = 0,8; Е = 67,5 %; т = 0,8)
Анализ распределения степени деформации в детали (рис. 1) показывает, что наибольшие значения степени деформаций сосредоточены в элементах, прошедших через зону утонения и зону выдавливания.
Неоднородность распределения степени деформации по толщине трубной заготовки е оценивалась коэффициентом неоднородности степени деформации
ке = (ешах — ^ттУеср , (1)
где етах; ет1п; еср - максимальная, минимальная и средняя величины степень деформации соответственно.
Профиль наружной детали получается с зависимости от профиля матрицы. Профиль матрицы проектируется от факторов: угла конусности а и коэффициента обжима тоб при совмещении обжима с утонением и выдавливания.
На рис. 2, а и б представлены графические зависимости изменения коэффициента неоднородности степени деформаций ке от угла конусности матрицы а и от коэффициента обжима тоб соответственно в характерных точках очага пластической деформации Р0 , Р1, Р2 и Р3 .
Анализ графических зависимостей показывает, что с увеличением угла конусности матрицы а от 10 до 30° коэффициент ке увеличивается на 2.. .5 % во внутренней части заготовки и на контактной поверхности заготовки, а на свободной поверхности заготовки коэффициент ке увеличивается на 18 %. В элементе № 4 (Р4) характер изменения коэффициента неоднородности степени деформаций ке имеет сложный вид и изменяется на 25.60 % (рис. 2, а). Установлено, что с увеличением коэффициента обжима тоб от 0,7 до 0,9 коэффициент ке уменьшается на 18.32 % в зависимости от рассматриваемой точки очага пластической деформации в зоне утонения, а в зоне выдавливания коэффициент ке изменяется на 20 %, но имеет сложный характер (рис. 2, б).
Профиль внутренней детали получается из профиля пуансона. Проектирование пуансона зависит от коэффициента утонения тут и степени
деформаций поперечного сечения выдавливания Е. Поэтому распределение деформаций в детали изменяется с изменением этих коэффициентов.
На рис. 3, а и б приведены графические зависимости изменения коэффициента неоднородности степени деформаций к£ от коэффициента
утонения тут и от степени деформаций поперечного сечения выдавливания Е соответственно. Установлено, что с увеличением коэффициента утонения тут от 0,8.1,0 коэффициент неоднородности степени дефор-
мации ке увеличивается на 5...15 % в зоне утонения, а в зоне выдавливания коэффициент неоднородности степени деформации увеличивается на 15.. .20 % (рис. 3, а).
Анализ графических зависимостей, приведенных на рис. 3, б, показывает, что с увеличением величины Е коэффициент неоднородности степени деформации к£ немного увеличивается (на 1.3 %) в зависимости от рассматриваемой точки очага пластической деформации на зоне утонения. В зоне выдавливания в элементе №4 (Р3) коэффициент неоднородности степени деформации к£ повышается на 30.40 %, а с увеличением величины Е - на 67,5. 77,5 %.
а
б
Рис. 2. Зависимости изменения к£ от а (а)
(Шоб = 0,9;тут = 0,8;/и = 0,1;Е = 67,5); от шоб (б)
(а = 10° ;т ут = 0,8; ¡и = 0,1;Е = 67,5 ): кривая 1 - Р0 ; кривая 2 - Р1; кривая 3 - Р2 ; кривая 4 - Р4
44
К
2.5 2,2 1,9
1.6 1,3
1
67,5 70 72,5 75
б
Рис. 3. Зависимости изменения ке от тут (а)
(а = 100 ;тоб = 0,9;^ = 0,1;Е = 67,5); от Е (б) (а = 100 ;т ут = 0,8; тоб = 0,9;т = 0,1) кривая 1 - Р0; кривая 2 - Р1; кривая 3 - Р2; кривая 4 - Р4
На рис. 4 приведены графические зависимости изменения коэффициента неоднородности степени деформации ке от коэффициента трения т.
Коэффициент трения т оказывает сложное влияние на изменение коэффициента неоднородности степени деформации ке. С увеличением коэффициента трения т от 0,1 до 0,15 коэффициент неоднородности степени деформации ке уменьшается на 2.6 %, а дальнейший рост коэффициента трения т сопровождается увеличением коэффициента ке на 1.3 %
в зависимости от рассматриваемой точки очага пластической деформации зоны утонения. В зоне выдавливания (элементе № 4) с увеличением коэффициента трения т от 0,1 до 0,15 коэффициент неоднородности степени деформации ке увеличивается на 5 %, а с ростом коэффициента трения т от 0,15 до 0,2 коэффициент к£ уменьшается на 2 %.
К
1.15
1-1 1.05
Рис. 4. Зависимости изменения ке от т
(а = 10° ;т ут = 0,8; тоб = 0,9;Е = 67,5): кривая 1 - Р0; кривая 2 - Р1; кривая 3 - Р2; кривая 4 - Р4
Выводы
1. Показано, что с помощью программного комплекса QFORM 2Б-3Б методом конечных элементов может быть выполнено исследование неоднородности распределения деформаций по толщине детали при совмещении операций обжима с утонением и выдавливания толстостенных трубных заготовок.
2. Выявлены закономерности влияния технологических параметров (угла конусности матрицы, коэффициента трения, коэффициентов обжима, утонения и степени деформаций поперечного сечения выдавливания) на неоднородность распределения деформаций по толщине детали при совмещении операций обжима с утонением и выдавливания толстостенных трубных заготовок.
Список литературы
1. Яковлев С.С., Нгуен К.Х. Исследование силовых режимов процесса обжима цилиндрических заготовок // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2014. Вып. 4. С. 64-69.
2. Митин О.Н., Нуждин Г. А., Нгуен К.Х. Моделирование операции обжима с утонением толстостенных трубных заготовок // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2014. Вып. 5. С. 57-65.
3. Митин О.Н., Нуждин Г. А., Нгуен К.Х. Закономерности влияния технологических параметров на неоднородность распределения напряжений по толщине детали при обжиме толстостенных трубных заготовок // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2014. Вып. 6. С. 46-53.
4. Яковлев С.С., Нгуен К.Х., Митин О.Н. Неоднородность распределения деформаций по толщине детали при обжиме толстостенных трубных заготовок // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2014. Вып. 7. С. 10-15.
5. Нгуен К. Х., Митин О. Н. Неоднородность распределения напряжений по толщине детали при обжиме с утонением толстостенных трубных заготовок // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2013. Вып. 10. С. 98-107.
6. Нгуен К. Х., Митин О. Н. Закономерности технологических параметров на неоднородность распределения деформаций по толщине детали при обжиме с утонением // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2013. Вып. 10. С. 163-169.
7. Митин О.Н., Нуждин Г. А., Нгуен К.Х. Моделирование операции обжима с утонением толстостенных трубных заготовок // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2014. Вып. 5. С. 57-65.
8. Нгуен К. Х., Минтин О. Н. Закономерности влияния технологических параметров на неоднородность распределения напряжений по толщине детали при совмещении операций обжима, обжима с утонением и выдавливания // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. Вып. 6. С. 46-53.
9. Биба Н.В., Стебунов С.А. QForm 5.0 - программный инструмент для повышения эффективности производства в обработке металлов давлением. М., 2008. 218 с.
Нгуен Куок Хуи, асп., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Митин Олег Николаевич, канд. техн. наук, докторант, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, ОАО «НПО «СПЛАВ»,
Нуждин Георгий Анатолиевич, специалист, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Москва, Орган по сертификации систем качества «Консерсиум»
THE INHOMOGENEITY OF THE STRAIN DISTRIBUTION BY THINKNESS
OF DETAILS AT THE COMBINING OPERATIONS OF THE SQUEEZING WITH THINNING AND OF THE EXTRUSION OF THINK-WALLED OF TUBE WORK-PIECES
Q.H. Nguyen, O. N. Mitin, G.A. Nuzhdin 47
In this paper, established the regularity of the effect of technological parameters on the inhomogeneity of the strain distribution by thickness of details at the combining operations of the squeezing, the squeezing with thinning and the extrusion of thick-walled tube work-pieces using the finite element method on based software QFORM 2D -3D v. 7.
Key words: Simulation, combining operations, the squeezing with thinning, the extrusion, the inhomogeneity, Bottom Die, Top Die, the coefficient of squeezing, the coefficient of thinning, cross-section, strain rate.
Nguyen Quoc Huy, postgraduete, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Mitin Oleg Nikolayevich, candidate of technical sciences, doctoral, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, OPC "SPA "SPLAV",
Nuzhdin Georgiy Anatolievich, specialist, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Moscow, Organ by quality system certification "Konsersium "
УДК 622.236.732
РАЦИОНАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ИМПУЛЬСНЫХ СТРУЙ ВОДЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ ПРОХОДЧЕСКИХ КОМБАЙНОВ
А.Б. Жабин, А. А. Маликов, А.В. Поляков
Приведены результаты теоретических исследований процесса резания горных пород гидроимпульсными струями, получаемых различными способами, обосновывается выбор способа получения таких струй. Приводятся расчетные зависимости для определения параметров импульсных струй воды высокого давления и расчета параметров режима разрушения ими горных пород.
Ключевые слова: импульсные струи воды, разрушение горных пород, параметры резания горных пород, математическая модель.
Одним из перспективных направлений развития техники и технологий разрушения горных пород является создание и применение гидромеханических исполнительных органов проходческих комбайнов, реализующих как бесщелевой, так и щелевой способы разрушения и предполагающих одновременное воздействие на породный массив непрерывных высокоскоростных струй воды и механического инструмента. Бесщелевой способ разрушения горных пород к настоящему времени достаточно хорошо изучен. Что же касается щелевого способа разрушения, то здесь существуют резервы повышения его эффективности. Как показывают проводи-
