CC BY
17
ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
УДК 621.983:539.974
ОЦЕНКА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОЦЕССА ИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ОТБОРТОВКИ В РЕЖИМЕ КРАТКОВРЕМЕННОЙ ПОЛЗУЧЕСТИ
С.Н. Ларин, Г.А. Нуждин, А.А. Пасынков
Представлены результаты исследований изотермической отбортовки в режиме кратковременной ползучести заготовок из высокопрочных материалов. Исследования выполнены на базе метода конечных элементов. Установлено влияние технологических параметров на напряженно-деформированное состояние процесса. Полученные результаты будут полезны при проектировании технологических процессов изотермической отбортовки в режиме кратковременной ползучести и конструировании инструментальной оснастки.
Ключевые слова: отбортовка, кратковременная ползучесть, сила, напряжения, формоизменение.
В данной работе представлены результаты исследования, основанного на базе метода конечных элементов процесса отбортовки листовых изделий из высокопрочных материалов в изотермических условиях. Схема рассматриваемой операции приведена на рис. 1.
Исследования выполнены в среде программного комплекса Qform 2D/3D для титанового ВТ6С (sT = 210МПа; ав = 340МПа ; П = 750МПа ) сплава. Расчеты выполнены при следующих геометрических характеристиках заготовки: s = 1, 2, 4 мм; различных коэффициентах трения л = 0,1; 0,4; 0,8 и скоростях деформирования V = 0,01...1 мм / с.
На рис. 2 приведены 3D-модели заготовки и инструмента. Предполагалось, что деформирование проводится на гидравлическом прессе силой 50 МН при постоянной температуре деформирования 930 °С.
235
Рис. 1. Схема изотермической отбортовки
\ 1
Рис. 2. ЗИ-модели инструмента и заготовки: 1 - матрица; 2 - пуансон; 3 - заготовка
На рис. 3 - 17 представлены схемы распределения интенсивностей напряжений, средних напряжений и напряжений в главных осях для различных значений трения, скорости, толщин заготовки и радиусов закруглений пуансона. Из анализа представленных схем можно установить значения интенсивностей напряжений при различных исследуемых параметрах. Видно, что напряжения достигают своих максимальных величин в месте перехода цилиндрической части в дно и фланец.
236
в
Рис. 3. Схема распределения интенсивностей напряжений при изотермической отбортовке (т=0,1; V = 0,1 мм/с; Я=5 мм):
а - б = 1 мм; б - б = 2 мм; в - £ = 4 мм
в
Рис. 4. Схема распределения интенсивностей напряжений при изотермической отбортовке (б=1 мм; V=0,1 мм/с; Я = 5 мм):
а - т = 0,15; б - т = 0,5 мм; в - т = 0,8мм
в
Рис. 5. Схема распределения интенсивностей напряжений при изотермической отбортовке (s = 2 мм; V=0,1 мм/с; Я = 5 мм):
а - т = 0,15; б - т = 0,5 мм; в - т = 0,8 мм
в
Рис. 6. Схема распределения интенсивностей напряжений при изотермической отбортовке (£ = 2 мм; т = 0,1; Я = 5 мм):
а - V = 0,01 мм/с; б - V = 0,1 мм/с; в - V = 1 мм/с
в
Рис. 7. Схема распределения интенсивностей напряжений при изотермической отбортовке (т=0,1; V = 0,1 мм/с; Я = 10 мм):
а - £ = 1 мм; б - £ = 2 мм; в - £ = 4 мм
¡г ■
✓ ш
а б
в
Рис. 8. Схема к оценке среднего напряжения при изотермической отбортовке (т=0,1; V = 0,1 мм/ с; Я = 5 мм): а - £ = 1 мм; б - £ = 2 мм;
в - £ = 4 мм
а б
в
Рис. 9. Схема к оценке среднего напряжения при изотермической отбортовке (т=0,1; V=0,1 мм/с; Я = 10 мм): а - б = 1 мм; б - б = 2 мм;
в - б = 4 мм
в
Рис. 10. Схема к оценке среднего напряжения при изотермической отбортовке (б = 1 мм; V = 0,1 мм/с; Я = 5 мм): а - т = 0,15; б - т = 0,5 мм;
в - т = 0,8 мм 240
в
Рис. 11. Схема к оценке среднего напряжения при изотермической отбортовке (б = 2 мм; т = 0,1; Я = 5 мм): а - V = 0,01 мм/с; б - V = 0,1 мм/с; в - V = 1 мм/с
в
Рис. 12. Схема к оценке главных напряжений (stress 1) при изотермической отбортовке (m=0,1; V = 0,1 мм/с; R = 5 мм):
а - s = 1 мм; б - s = 2 мм; в - s = 4 мм
в
Рис. 13. Схема к оценке главных напряжений (stress 1) при изотермической отбортовке (m=0,1; V=0,1 мм/с; R=10 мм):
а — s = 1 мм; б — s = 2 мм; в — s = 4 мм
а
б
в
Рис. 14. Схема к оценке главным напряжений (stress 2) при изотермической отбортовке (m=0,1; V = 0,1 мм/с; R = 5 мм):
а — s = 1 мм; б — s = 2 мм; в — s = 4 мм
в
Рис. 15. Схема к оценке главным напряжений (stress 2) при изотермической отбортовке (m=0,1; V=0,1 мм/с; R = 10 мм):
а - s = 1 мм; б - s = 2 мм; в - s = 4 мм
а б
U
в
Рис. 16. Схема к оценке главных напряжений (stress 3) при изотермической отбортовке (m=0,1; V = 0,1 мм/с; R = 5 мм):
а - s = 1 мм; б - s = 2 мм; в - s = 4 мм
243
в
Рис. 17. Схема к оценке главных напряжений (stress 3) при изотермической отбортовке (m = 0,1; V = 0,1 мм/с; R = 10 мм):
а - s = 1 мм; б - s = 2 мм; в - s = 4 мм
На рис. 18 - 28 представлены схемы распределения деформаций в заготовке, и деформаций в главных осях для различных значений трения, скорости, толщин заготовки и радиусов закруглений пуансона. Из представленных схем можно выявить значения места с наибольшими деформациями в заготовке, а также установить влияние технологических факторов на степень деформаций при отбортовке. Деформации достигают своих максимальных величин на наружной поверхности заготовке в месте перехода цилиндрической части в дно и фланец.
а
б
Рис. 18. Схема распределения деформаций при изотермической отбортовке (m = 0,1; V = 0,1 мм/с; R = 5 мм):а - s = 1 мм; б - s = 2 мм;
в - s = 4 мм
244
в
в
Рис. 19. Схема распределения деформаций при изотермической отбортовке (т = 0,1; V = 0,1 мм/с; Я=10мм): а - б = 1 мм; б - б = 2 мм;
в - б = 4 мм
в
Рис. 20. Схема распределения деформаций при изотермической отбортовке (б=1 мм; V=0,1 мм/с; Я = 5 мм): а - т = 0,15; б - т = 0,5 мм;
в - т = 0,8 мм
245
Рис. 21. Схема распределения деформаций при изотермической отбортовке (s = 2 мм; V = 0,1 мм/с; Я = 5 мм): а — т = 0,15; б — Ц = 0,5 мм ;
в - т = 0,8мм
Рис. 22. Схема распределения деформаций при изотермической отбортовке (s = 2 мм; Ц = 0,1; Я = 5 мм):
а - V = 0,01 мм/с; б - V = 0,01 мм/с; в - V = 0,01 мм/с
в
Рис. 23. Схема распределения деформаций в главных осях (ъ^ат 1) при изотермической отбортовке (т=0,1; V = 0,1 мм/с; Я=5 мм):
а - б = 1 мм; б - б = 2 мм; в - б = 4 мм
в
Рис. 24. Схема распределения деформаций в главных осях (ъ^ат 1) при изотермической отбортовке (т=0,1; V=0,1 мм/с; Я=10 мм):
а - б = 1 мм; б - б = 2 мм; в - б = 4 мм
V.
/ I
_
а б
в
Рис. 25. Схема распределения деформаций в главных осях (ъ^ат 2) при изотермической отбортовке (т=0,1; V = 0,1 мм/с; Я = 5 мм):
а - б = 1 мм; б - б = 2 мм; в - б = 4 мм
Рис. 26. Схема распределения деформаций в главных осях (ъ^ат 2) при изотермической отбортовке (т=0,1; V=0,1 мм/с; Я = 10 мм):
а - б = 1 мм; б - б = 2 мм; в - б = 4 мм
V,
п
а
б
V
Рис. 27. Схема распределения деформаций в главных осях (strain 3) при изотермической отбортовке (m=0,1; V = 0,1 мм/с; R=5 мм):
а - s = 1 мм; б - s = 2 мм; в - s = 4 мм
в
а
б
Рис. 28. Схема распределения деформаций в главных осях (strain 3) при изотермической отбортовке (m=0,1; V=0,1 мм/с; R=10 мм):
а - s = 1 мм; б - s = 2 мм; в - s = 4 мм
в
Полученные в ходе исследования и приведенные выше схемы позволяют оценить распределение напряжений и деформаций в заготовке на стационарной стадии процесса при различных технологических параметрах, что позволит выработать рекомендации по проектированию технологических процессов изотермической отбортовки и конструированию штамповой оснастки. Все это обеспечит значительное повышение эффективности данных технологических процессов и получение изделий высокого качества.
Работа выполнена в рамках гранта № 14-08-00066 а и гранта правительства Тульской области ДС/128.
Список литературы
1. Изотермическое формоизменение анизотропных материалов жестким инструментом в режиме кратковременной ползучести / С. С. Яковлев, С.П. Яковлев, В.Н. Чудин, В.И. Трегубов, А.В. Черняев. М.: Машиностроение, 2009. 412 с.
2. Малинин Н.Н. Ползучесть в обработке металлов. М.: Машиностроение, 1986. 216 с.
3. Романов К.И. Механика горячего формоизменения. М.: Машиностроение. 1993. 240 с.
4. Колмогоров В. Л. Механика обработки металлов давлением. Екатеринбург: УПИ, 2001. 836 с.
5. 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.
Ларин Сергей Николаевич, д-р техн. наук, проф., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Нуждин Георгий Анатолиевич, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Москва, Орган по сертификации систем качества «Консерсиум»,
Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доц., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
EVALUATION STRESS-STRAIN STATE DURING ISOTHERMAL FLANGING
MODE SHORT-TERM CREEP
S.N. Larin, G.A. Nuzhdin, A.A. Pasynkov
he paper presents the results of studies of the isothermal flanging mode transient creep blanks of high-strength materials. Research carried out on the basis of the finite element method. The paper established the influence of process parameters on the stress-strain state of the process. The results will be useful in the design of processes isothermal mode flanging short-term creep and designing tooling.
Key words: flange, short-term creep strength, voltage, forming.
250
Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tulaaramhler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Nuzhdin Georgiy Anatolievich, mpf-tulaaramhler. ru, Russia, Moscow, Organ hy Quality System Certification "Konsersium ",
Pasynkov Andrey Aleksandrovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tulaaramhler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.983
ОБОБЩЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РОТАЦИОННОЙ ВЫТЯЖКИ СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫХ ОБОЛОЧЕК С ПЕРЕМЕННОЙ
ТОЛЩИНОЙ СТЕНКИ
В.И. Трегубов, О.В. Пилипенко, С.Н. Ларин, Е.В. Осипова
Подробно рассказывается о технологии ротационной вытяжки с разделением очага деформации для изготовления сложнопрофильных оболочек с переменной толщиной стенки. В качестве исходной заготовки используется горячекатаная труба из стали 10. В основу данной технологии положены результаты теоретических и экспериментальных исследований. Данная технология позволила снизить трудоемкость изготовления корпусов головных частей, снизить металлоемкость производства, повысить качество и надежность изготавливаемых деталей.
Ключевые слова: ротационная вытяжка, технологический процесс, сложно-профильные изделия, формоизменение.
Основными задачами, стоящими перед современной промышленностью, являются повышение качества выпускаемой продукции, экономия материала и повышение производительности труда. Важная роль в решении данных задач отводится методам обработки металлов давлением, которые позволяют обеспечивать безотходное формоизменение металла вместо механической обработки резанием.
Однако обеспечение размерной точности, качества наружной и внутренней поверхности встречает определённые трудности. Особенно важен вопрос, касающийся изготовления цилиндрических тонкостенных оболочек длиной более 1 м. Получение деталей этого типа с помощью традиционных методов обработки, например, методом глубокой вытяжки, требует большого количества прессовых, механических и термических операции, дорогостоящего оборудования и оснастки. Производство указанных деталей с применением механической обработки резанием тем сложнее, чем дльньше деталь, выше требования к точности и качеству детали. К тому же при изготовлении этих изделий резанием возникают высокие потери металла.
