CC BY
4
Key words: crimping without thinning, power modes, matrix tapers, crimping coefficient, friction coefficient, pipe billet, modeling.
Levacheva Darya Aleksandrovna, master, [email protected], Russia, Tula, Tula State
University
УДК 621.77; 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-10-355-358
ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЯ ВЕЛИЧИН НАПРЯЖЕНИЙ И СИЛ ПРИ ВЫДАВЛИВАНИИ
КОЛЬЦЕВОЙ ЗАГОТОВКИ
А.В. Алексеев, И.С. Хрычев
Важной задачей при проектировании технологий холодного выдавливания является снижение силовых нагрузок на рабочий инструмент, которые ввиду схемы деформирования имеют значительные величины. Ввиду этого в статье представлены результаты исследования сил и напряжений, возникающих на инструменте и в заготовке при реализации выдавливания кольцевой заготовки. На базе выполненного компьютерного моделирования произведена количественная оценка изменения сил деформирования, максимальных значений напряжений в зависимости от технологических параметров. Предполагается что материалом кольцевых заготовок является сплав алюминия В95. Температурный режим штамповки -деформирование в холодных условиях. Установлены режимы деформирования, позволяющие обеспечить снижение силовой нагрузки. Получены зависимости влияния степеней деформирования, условий контактного трения, характеристик геометрии инструмента на силу и напряжения.
Ключевые слова: холодное выдавливание, сила, геометрия, деформирование.
Холодное выдавливание сопровождается значительным повышением силовой нагрузки на рабочий инструмент и соответственно его стойкость [1-4]. Значительные давления при выдавливании оказывают свое влияние и на стойкость инструмента. Поэтому актуальным является обеспечение таких режимов деформирования и характеристик инструмента, которые смогли бы снизить силы на рабочем инструменте. Снижения силовой нагрузки можно добиться подбором рациональной степени деформации, упрощением геометрии рабочих элементов инструмента или подбирая рациональные режимы трения. В статье рассмотрена операция получения фланцевых изделий с массивной фланцевой частью и цилиндрической частью с тонкой стенкой. На базе выполненного компьютерного моделирования произведена количественная оценка изменения сил деформирования, максимальных значений нормальных напряжений в зависимости от технологических параметров.
Предполагается что материалом кольцевых заготовок является сплав алюминия В95. Температурный режим штамповки - деформирование в холодных условиях. На рис. 1 представлен эскиз операции с указанием исследуемых параметров. Заготовкой под выдавливание принимали кольцо диаметром Ввн = 100 мм; Бвнутр = 70 мм. Толщина заготовки tзаг = 15 мм. Диаметр оправки Оопр = Овнутр = 70
мм. Толщина получаемой стенки изделия tст = Оматр -Овн)тр = 1...7 мм. Величина рабочего хода перемещающегося элемента 0.. .10 мм. Коэффициент трения ц = 0,08. Рассматривалось деформирование заготовки с величиной хода инструмента Д = 10 мм. Радиус скругления кромки матрицы 0,5 мм. Исходная
температура заготовки 20°С.
Анализ данных моделирования позволил получить зависимости влияния степеней деформирования, условий контактного трения, характеристик геометрии инструмента на силу и напряжения. На рис. 2 даны графики изменения сил при выдавливании от относительного хода пуансона для разных значений величины редукции, определяемой как r = tст /(йвн - Овнутр).
Процесс деформирования характеризуется резким ростом сил на начальном этапе процесса, что соответствует относительной величине хода 0,1 h . В оставшееся время процесса сила практически не меняется. С ростом степени деформаций сила возрастает в 2 раза.
На рис. 3 дан график изменения сил выдавливания от величины редукции для значений трения.
355
Рис. 1. Схема выдавливания кольцевой заготовки
Р.н
0,2 0,4 0,6 0,8
И
Рис. 2. Зависимость изменения сил от хода пуансона: 1 - г = 0,07; 2 - г = 0,2; 3 - г = 0,42
Р, кН
10000 8000 6000 лооо 2000 0
/ 2''
0,07 0,12 0,17 0,22 0,27 0,32 0,37
Рис. 3. График изменения Р, кН от г :1 - ц = 0,08; 2 - ц = 0,12
Увеличение редукции при выдавливании (увеличение степени деформации) приводит к повышению сил деформирования в 2 раза. Рост коэффициента трения с 0,08 до 0,12 ведет к росту силы на 10...12 %.
На рис. 4 дан график изменения сил выдавливания относительного радиуса скругления кромки матрицы Я = Я м / £ ст .
Р, кН
Р, кН
10000 8000 6000 4000 2000 0
10000 8000 6000 4000 2000 О
R
0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35
R
а б
Рис. 4. График изменения P, кН от r :а - r = 0,07; б - r = 0,2
Установлено, что измерения величины скругления кромки матрицы по разному влияет на силу деформирования в зависимости от степени деформации. Влияние величины скругления кромок матрицы сильнее для меньших степеней деформации (с ростом радиуса скругления силы снижается на 60 %). Для больших степеней деформации с ростом радиуса скругления силы снижается на 30 %.
На рис. 5 дан график изменения растягивающих и сжимающих напряжений от величины редукции.
0,37 '
а б
Рис. 5. График изменения а, МПа от r : 1 - максимальные растягивающие напряжения;
2 - максимальные сжимающие напряжения
Рост увеличение степени деформации для рассматриваемой схемы выдавливания приводит к увеличению сжимающих напряжений на 90% и снижению растягивающих напряжений на 60 %.
Результаты, полученные в ходе моделирования позволяют сделать выводы о том, что как величины радиусов скругления кромок матрицы, так и параметры контактного трения оказывают заметное влияние на силовые режимы деформирования.
Работа выполнена в рамках гранта ректора ТулГУ для молодых ученых - магистрантов.
Список литературы
1. Теория обработки металлов давлением / под ред. Голенкова В.А. и др. М. Машиностроение. 2009. 442 с.
2. Ларин С.Н., Пасынков А.А., Бессмертная Ю.В., Ремнев К.С. Комбинированное выдавливание прутковой стальной заготовки с формированием стержневой части // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 4. С. 384-389.
3. Пасынков А.А., Гололобова Л.Е. Исследование силовых и деформационных параметров при боковом выдавливании // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 2. С. 370-375.
4. Пасынков А.А., Ларин С.Н., Нуждин Г.А. Оценка сил обратного выдавливания прутковой заготовки в матрицу квадратного сечения // Заготовительные производства в машиностроении. 2020. Т. 18. № 10. С. 462-465.
Алексеев Александр Владимирович, магистрант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Хрычев Иван Сергеевич, студент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
EVALUATION OF CHANGES IN THE VALUES OF STRESSES AND FORCES WHEN EXTRACTING A RING
BLANK
A.V. Alekseev, I.S. Khrychev
An important task in the design of cold extrusion technologies is to reduce the force loads on the working tool, which, due to the deformation scheme, are significant. In view of this, the article presents the results of a study of the forces and stresses that arise on the tool and in the workpiece when extruding an annular workpiece. On the basis of the performed computer simulation, a quantitative assessment was made of the change in the deformation forces, the maximum stress values, depending on the technological parameters. It is assumed that the material of the ring blanks is aluminum alloy B95. The temperature regime of stamping is deformation in cold conditions. Deformation modes have been established to ensure the reduction of the force load. Dependences of the influence of the degrees of deformation, conditions of contact friction, characteristics of the geometry of the tool on the force and stress are obtained.
Key words: cold extrusion, force, geometry, deformation.
Alekseev Alexander Vladimirovich, undergraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Khrychev Ivan Sergeevich, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.77
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-10-358-361 К ВОПРОСУ О НАПРЯЖЕННОМ И ДЕФОРМИРОВАННОМ СОСТОЯНИИ ПРИ ВЫСАДКЕ
И.В. Гребенщиков
При горячей и холодной объемной штамповке в заготовке и получаемом полуфабрикате возникают сложные механизмы изменения формы, а также сложное напряженное и деформированное состояние, которое требует комплексного изучения. При этом особенно важно сравнение влияния температуры штамповки на напряжения и деформации, создаваемые в теле полуфабриката при его штамповке. В настоящей работе рассматривается интенсивность напряжений, средние напряжения и интенсивности деформаций при высадке с одновременным формированием фланцевой части. Так высадка может осуществляться при разных температурах и для разных материалов, так возможна штамповка не только черных, но и цветных металлов, при этом температура штамповки также может сыграть большую роль на напряженно-деформированное состояние в образце при формировании высадкой фланцевой части. Проводится компьютерное моделирование, по результатам которого анализируются полученные данные и делаются выводы о том, как влияет температура деформирования на напряженное и деформированное состояние. Приводятся схемы распределения интенсивности напряжений, интенсивности деформаций и средних напряжений при высадке с образованием фланца, анализируются полученные качественные и количественные характеристики.
Ключевые слова: алюминий, деформация, напряжения, средние напряжения, высадка.
Операция высадки может значительно повлиять на экономию материала, так при формировании фланцевой части у цилиндрического изделия высадкой происходит значительное повышение коэффициента использованного материала, относительно изготовления такого изделия, например, обработкой резанием [1-4]. При этом в заготовке возникают сложные механизмы изменения формы, а также сложное напряженное и деформированное состояние, которое требует комплексного изучения. При этом особенно важно сравнение влияния температуры штамповки на напряжения и деформации, создаваемые в теле полуфабриката при его штамповке.
Так высадка может осуществляться при разных температурах и для разных материалов, так возможна штамповка не только черных, но и цветных металлов, при этом температура штамповки также может сыграть большую роль на напряженно-деформированное состояние в образце при формировании высадкой фланцевой части. Поэтому в данной работе с помощью компьютерного моделирования проводится исследование напряжений и деформаций. Исследование выполнено по результатам моделирования в программе QForm [5-10]. Моделирования проводились при двух температурах: 20° и 500°, при этом деформировалась заготовка в форме цилиндра из алюминиевого сплава АА2024 (Д16).
Основными исследуемым характеристиками в данной работе являются средние напряжения (рис. 1), интенсивности напряжений (рис. 2) и интенсивности деформаций (рис. 3).
358
