ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ ИЗОТЕРМИЧЕСКОМ ОБЖИМЕ С ОСАДКОЙ ТОРЦА ЗАГОТОВКИ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Dmitriev Alexander Mishailovich, doctor of technical sciences, professor, corresponding member RAS, countess. olga@gmail. com, Russia, Moscow, Moscow State Technological University «Stankin»,

Korobova Natalia Vasilievna, doctor of technical sciences, docent, head of department, mt-6@yandex. ru, Russia, Moscow, Moscow State Technological University «Stankin»

Tolmachev Nikita Sergeyevich, candidate of technical sciences, head of laboratory, n.tolmachevastankin.ru, Russia, Moscow, Moscow State Technological University «Stankin» State Engineering Center

УДК 621.77; 621.7.043 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-2-498-502

ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ ИЗОТЕРМИЧЕСКОМ ОБЖИМЕ

С ОСАДКОЙ ТОРЦА ЗАГОТОВКИ

А.А. Пасынков, О.Ю. Гурова

Рассмотрена операция обжима титановой оболочки в нагретом состоянии. Особенностью исследуемой операции является то, что одновременно с обжимом реализуется осадка нижнего торца заготовки. Установлено влияние скорости деформирования и степени деформации на напряженное состояние изделий при реализации рассматриваемого процесса.

Ключевые слова: совмещенный процесс, обжим, высадка, набор утолщений, горячее деформирование.

При соединении различных участков трубопроводов рациональным является использование сварки [1-4]. Для обеспечения качественной сварки различных участков трубопроводов необходимо наличие утолщений на соединяемых элементах. Особенно это актуально для тонкостенных труб. В статье рассмотрена операция одновременного обжима трубы из сплава ВТ6 с набором утолщения на нижнем торце. Исследование выполнялось на базе компьютерного моделирования с использованием программы DEFORM. Исследовалось изменения напряженного состояния при разных температурных режимах деформирования, диапазон которых 20...930°С . Заготовка имела диаметр D0 = 80 мм и толщину стенки t = 5 мм. Высота трубы 150 мм. На рис. 1 представлена

схема обжима с формированием утолщений на торце заготовки.

В статье уделено внимание оценке влияния режимов формообразования на напряжения в заготовке. Ввиду характеристик материала это особенно актуально, так как в объеме заготовки в процессе деформирования возможно возникновение растягивающих напряжений, близких к критическим. Поэтому исследовано влияние скорости деформирования, степени деформации, температурных режимов на напряженное состояние изделий при реализации рассматриваемого процесса. На рис. 2 представлены сечения заготовки на разных этапах формоизменения. Схемы на данном рисунке демонстрируют изменение напряженного состояния в процессе деформирования, позволяют оценить характер напряжений и их значения. По результатам расчетов установили, что при холодном формоизменении в целом напряженное состояние изделия на этапах деформирования практически равномерное. На заключительных этапах деформирования в детали можно выделить несколько областей, отличающихся друг от друга величинами напряжений. Заметны зоны с сжимающими напряжениями, формирующимися на конической поверхности заготовки и зоны с растягивающими напряжениями на выходе из очага деформации, которые достигают значительных величин (500...800 МПа).

Рис. 1. Схема рассматриваемой операции на начальном этапе: 1 — матрица; 2 — оправка; 3 — втулка; 4 - пуансон; 5 - заготовка

б

Рис. 2. Эскизы сечений заготовки на разных этапах формоизменения:

а - Т = 20°С, V = 100мм / мин ; б - Т = 900°С ; V = 100мм / мин

а

При формоизменении с нагревом заготовок их напряженное состояние более равномерное. Растягивающие напряжения достигают значительных величин 50...200 МПа).

На рис. 3 представлены сечения заготовки на разных этапах формоизменения при горячем деформировании с низкими скоростями перемещения инструмента (Т = 900°С; V = 2мм / мин).

г

Рис. 3. Эскизы сечений заготовки на разных этапах формоизменения

При таком температурно-скоростном режиме деформирования поле напряжений практически однородное. Их значения не превышают величин 20 МПа.

Выполнена оценка изменения растягивающих напряжений в фиксированных точках заготовки в процессе деформирования. На рис. 4 представлена схема деформирования с указанием контрольных точек.

Step -1

Рис. 4. Схема деформирования с указанием контрольных точек

На рис. 5 даны зависимости изменения растягивающих напряжений в контрольных точках для разных значений коэффициента обжима от относительной величины хода рабочего инструмента.

Из рис. 5 видно, что при медленных скоростях деформирования влияние степени деформации на растягивающие напряжения не носит явный характер. Несмотря на то, что при увеличении степени деформации максимальные по абсолютной величине растягивающие напряжения увеличиваются в два раза, их значения весьма незначительны.

На рис. 6 показан график зависимости растягивающих напряжений в изделии от относительной величины хода инструмента для разных температурно-скоростных режимах.

а, МПа

о -2 -4 -6 -8 -10 -12 -14

Л 25 0,5 0,75 ГЗ Т27

\ п

ь

а б

Рис. 5. График зависимости о, МПа от И (Т = 900°С ; V = 2мм / мин)

а - кобж = 0,7 ; б - кобж = 0,6

а, МПа

500 400 300 200 100 о -100

1х

/2

й [Г »--" 0 5 0,75 и

Рис. 7. График зависимости о, МПа от И (кобж = 0,7): 1 - Т = 20°С, V = 100мм / мин; 2 - Т = 900°С ; V = 2мм / мин

Установлено, что обеспечение медленных скоростей деформирования и режима горячего деформирования позволяет снизить растягивающие напряжения в детали до минимально возможных значений. Значения растягивающих напряжений при холодном формоизменении составляют 500...800 МПа. При данных величинах растягивающих напряжений возможно возникновение дефектов.

На рис. 7 показан график зависимости растягивающих напряжений в формоиз-меняемой оболочки от скорости деформирования.

Рис. 7. График зависимости о, МПа от V, мм / мин (Т = 900°С ; кобж = 0,7)

Из рис. 7 видно, что рост скорости формоизменения с 2 до 50 мм/мин приводит к многократному росту растягивающих напряжений в изделии.

Таким образом по результатам работы можно сказать, что для обеспечения более равномерного напряженного состояния заготовки и минимальных значений растягивающих напряжений при деформировании титанового сплава ВТ6 необходимо соблюдение сочетания деформирования в горячем состоянии и обеспечение медленных

скоростей деформирования, а именно, установлены следующие режимы деформирования, позволяющие добиться значительных степеней деформации: V = 2...8мм/мин , T = 900...930°C, а так же подбор смазок обеспечивающих минимальное контактное трение.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант РФФИ № 20-08-00541.

Список литературы

1. 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.

2. Черняев А.В., Чарин А.В., Гладков В.А. Исследование силовых режимов радиального выдавливания внутренних утолщений на трубных заготовках // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. № 10. С. 440-445.

3. Теория обработки металлов давлением / Учебник для вузов / В. А. Голенков, С.П. Яковлев, С. А. Головин, С.С. Яковлев, В.Д. Кухарь / Под ред. В. А. Голенкова, С.П. Яковлева. М.: Машиностроение, 2009. 442 с.

4. Пасынков А.А., Ларин С.Н., Исаева А.Н. Теоретическое обоснование схемы обратного изотермического выдавливания трубной заготовки с активным трением и вытяжкой ее краевой части // Заготовительные производства в машиностроении. 2020. №10. С. 462-465

Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доцент, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Гурова Ольга Юрьевна, студент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет

EVALUATION OF VOLTAGE CHANGE DURING ISOTHERMAL CRIMPING WITH SEDIMENTA TION OF THE BILLET END

A.A. Pasynkov, O. Yu. Gurova

The operation of crimping a titanium shell in a heated state is considered. A feature of the investigated operation is that simultaneously with crimping, the lower end of the work-piece is upset. The effect of the rate of deformation and the degree of deformation on the stress state of products during the implementation of the process under consideration has been established.

Key words: combined process, crimping, upsetting, a set of thickenings, hot deformation.

Pasynkov Andrey Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Gurova Olga Yurievna, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University