CC BY
11
УДК 621.77; 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-5-114-118
ОБЖИМ С ВЫДАВЛИВАНИЕМ СТАЛЬНОЙ ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ
С.Н. Ларин, А.Н. Исаева, С.С. Яковлев
Исследована операция обжима стальной трубной заготовки в холодном состоянии. Особенностью рассматриваемого процесса является то, что конический элемент изделия на конечной стадии деформирования подвергается осадке. Установлено влияние параметров деформирования на течении рассматриваемой операции.
Ключевые слова: обжим, выдавливание, осадка, формоизменение, исследова-
Широкая номенклатура изделий изготавливается методами пластического формоизменения, среди которых обжим является базовой операций при изготовлении различного рода горловин. В процессе обжима трубных заготовок ввиду особенностей течения материала возникает увеличение толщины стенки заготовки, подвергаемой деформации. Толщина получаемого в ходе обжима изделия увеличивается от основания конического участка к его вершине. В связи с этим рассмотрена операция обжима стальной трубной заготовки с одновременным выдавливанием конического участка за счет создания зазора, равного толщине материала заготовки между оправкой и коническим участком матрицы.
Выполним моделирование данной операции в программе DEFORM. Трубная заготовка имела толщину стенки ^ = 6 мм, наружный диаметр D0 = 80 мм . Оценивалось влияние коэффициента обжима, величины зазора, оправкой и коническим участком матрицы z, угла конусности матрицы и оправки О, ° , трения на возможности реализации данного процесса.
Предполагалось, что деформированию подвергается заготовка из углеродистой стали 10 при комнатной температуре. Теплообменом между заготовкой и инструментами пренебрегали. Предполагалось, что заготовка сохраняет постоянную температуру при деформировании, т.е. не происходит локального нагрева металла при деформировании. Трение исследовалось в диапазоне коэффициентов 0,05.. .0,15.
На рис. 1 представлена схема операции до начала хода пуансона (а) и после завершения операции (б).
ние.
V
а
б
Рис. 1. Схема обжима с выдавливанием 114
Был выполнен ряд опытов для разных значений редукции и трения. На рис. 2 представлены результаты моделирования обжима с калибровой конического участка стенки трубной заготовки при разных значениях коэффициента обжима к = / и коэффициенте трения ц = 0,05.
2 3
а = 12 °
4
/ \
2
3
4
а = 18 °
Рис. 2. Схемы обжима с утонением (Ц = 0,05): 1 - к = 0,6 ; 2 - к = 0,7 ; 3 - к = 0,8 ; 4 - к = 0,9
На рис. 3 представлены результаты моделирования обжима для разных значениях коэффициента обжима к = ^ / ^2 и коэффициенте трения Ц = 0,15 .
2
а = 12 °
3
м
1
3
2
а = 18 °
Рис. 2. Схемы обжима с утонением:
1 - к = 0,7; 2 - к = 0,8; 3 - к = 0,9 115
1
1
1
Анализ результатов моделирования показал, что в целом реализация обжима с утонением конического участка заготовки положительно сказывается на устойчивости процесса ввиду создания подпора для стенок заготовки. Кроме того, посредством калибровки стенки заготовки исправляется некритическое складкообразование, возникающее в некоторых случаях. Установлено, что при коэффициентах трения Ц = 0,05 операция реализуема при к = 0,7 для углов конусности а = 12...15 ° , при к = 0,8 для углов конусности а = 12...18° . При коэффициенте трения Ц = 0,10 операция реализуема при к = 0,8 для углов конусности а = ; при к = 0,9 для углов конусности а = 12...20°. При коэффициенте трения Ц = 0,15 операция реализуема при к = 0,8
для углов конусности а = ; при к = 0,9 для углов конусности
а = 12...20°.
Выполнен анализ влияния величины утонения конического элемента изделия для рассматриваемого процесса для разных коэффициентов обжима.
На рис. 3 представлены результаты моделирования.
к = 0,9
а б в
Рис. 3. Схемы формоизменения: а - 2 = 0,9so; б - 2 = 0,9550; в - 2 = ¿0
Как видно из полученных результатов величина утонения конической области заготовки не влияет на формирование геометрических характеристик изделий. Таким образом этот параметр можно исключить из ключевых параметров процесса и не учитывать при создании рекомендаций под проектирование технологии.
На рис. 4-5 даны диаграммы, позволяющие установить режимы, при которых заготовка формируется без критических дефектов.
U
0,2 0,15 0,1 0,05 0
\\\ XV XX
\\\ XX \Х
\\х х\
\\\\ XX
v
0,5
0,6
0,7
0,8
Рис. 4. К определению рациональных параметров процесса в зависимости от коэффициента обжима и коэффициента трения (а = 12°)
а
17,5
10
х\ Х\
XS:
Х\> \ \
\ \ х ч \
\ \\ \ \
а
17,5 15
12,5
0,5
0,6
0,7
0,8
XS; Х\\ \\ \х
Х\ х
X-S /
К/
0,5
0,6
|| = 0,05 | = 0,15
Рис. 5. К определению рациональных параметров процесса в зависимости от коэффициента обжима и угла конусности инструмента
Таким образом было установлено влияние коэффициента обжима, угла конусности матрицы и оправки и трения на контактных границах на формирование изделий заданной геометрии. Установлены комбинации режимов обеспечивающие штамповку без складкообразования: при | = 0,05 к > 0,65 и а = 12...15°; | = 0,1 к > 0,75 и а = 12...15°; 1 = 0,15 к > 0,82 и а = 12...15°.
Работа выполнена в рамках гранта РФФИ 20-08-00401.
Список литературы
1. Пасынков А.А., Аккуратнова А.С. Оценка напряженно-деформированного состояния и возможностей формоизменения тонкостенной трубной заготовки из сплава ВТ14 при ее раздаче в изотермических условиях // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. Вып. 9. С. 286-290.
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 от-бортовки // 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.
Ларин Сергей Николаевич, д-р техн. наук, профессор, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
117
Исаева Анна Николаевна, соискатель, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Яковлев Сергей Сергеевич, аспирант, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
CRIMPING WITH EXPRESSION OF STEEL PIPE BILLET S.N. Larin, A.N. Isaeva, S.S. Yakovlev
The operation of cold crimping of a steel pipe billet has been investigated. A feature of the process under consideration is that the conical element of the product undergoes upsetting at the final stage of deformation. The influence of the deformation parameters on the flow of the operation under consideration is established.
Key words: crimping, extrusion, upsetting, shaping, research.
Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Isaeva Anna Nikolaevna, applicant, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Yakovlev Sergey Sergeevich, postgraduate, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.77; 621.7.043 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-5-118-121
ВЛИЯНИЕ СТЕПЕНИ ДЕФОРМАЦИИ НА СИЛОВЫЕ РЕЖИМЫ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО ОРТОГОНАЛЬНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
С ПРОШИВКОЙ
Н С. Пасынкова, О.Ю. Гурова
Рассмотрена операция изготовления пустотелых тройников из титанового сплава ВТ6 посредством совмещения операций прошивки двумя перемещающимися выдавливания в ортогональном направлении. Исследовано влияние степеней деформации на значения сил на деформирующих пуансонах.
Ключевые слова: тройники, ортогональное выдавливание, формообразование.
Изготовление пустотелых тройников методами формообразования принято осуществлять за несколько операций. В частности - ортогональное выдавливание и прошивка. В работе рассмотрен процесс, позволяющих получить полуфабрикат тройника под дальнейшую обработку, получение которого реализуемо за одну операцию. Это обеспечивается путем воздействия на прутковые заготовки двумя перемещающимися пуансонами. При этом осуществляется истечение металла в зазор между инструментами и в отверстие в матрице, расположенное ортогонально перемещению пуансонов (рис. 1). Моделирование данной операции осуществлялось в программе DEFORM. На базе результатов моделирования было проанализировано изменение силовых режимов и получены закономерности влияния степеней деформации на значения сил на деформирующих пуансонах.
