CC BY
7
УДК 621.7.043
ОЦЕНКА ПОЛУЧЕНИЯ СТУПЕНЧАТОЙ ДЕТАЛИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРНЫХ РЕЖИМАХ
В.Э. Подтягин
Проводится оценка изготовления ступенчатой детали при использовании различных температурных режимов. Сравнивается возможность замены горячей объёмной штамповки на холодную с целью снижения трудоемкости. Проводится исследование силовых характеристик процесса, повреждаемости и напряженно-деформированного состояния в инструменте.
Ключевые слова: инструмент, ступенчатая деталь, повреждаемость, температура, холодная штамповка, объемная штамповка.
Объемная штамповка может осуществляться при разных условиях, в том числе и при разных температурах. В большинстве своем применяют горячее или холодное объемное деформирование для изготовления деталей, в том числе и осесимметричных [1-3]. На примере изготовления детали с фланцевой частью и внутренней полостью сравним возможность смены горячей штамповки на холодную для снижения трудоемкости изготовления детали за счет исключения операций нагрева заготовки.
Смена температуры штамповки оказывает существенное влияние на протекающие процессы, в первую очередь за счет изменения пластичности материала [4-7]. Для исследования было проведено моделирование, с целью определения силы штамповки (рис. 1), повреждаемости (рис. 2) и деформаций в штамповой оснастке (рис. 3).
-Холодная штамповка — Горячая штамповка
4000
„ 3000 —
и
3 2000 я
и 1000
10 15 20 Ход инструмента, мм
Рис. 1. График силы
25
30
Моделирование проводилось в специализированной программе, которая решает объемные задачи обработки металлов давлением с помощью метода конечных элементов [8-9]. Этот метод позволяет смоделировать множество операций ОМД, в частности и изготовление осесимметричных полуфабрикатов выдавливанием.
Для моделирования использовалась цилиндрическая заготовка, из которой в один переход формировалась требуемая конечная форма изделия. Материалом заготовки является сталь марки 15, механические свойства которой брались из встроенной библиотеки металлических материалов в программе QForm.
В качестве привода использовался гидравлический пресс с номинальным усилием 120 МН, что, конечно, бралось с запасом. Материал является изотропным.
Как показало исследование нагрузки в процессе деформирования, сила значительно отличается. Так при холодном выдавливании сила составила примерно 3500 кН в пике, при этом нагрузка при горячей штамповке в 7 раз ниже.
Распределение повреждаемости почти идентично, но различаются максимальные величины, которые отличаются на 30%. При этом меньшая повреждаемость при горячей штам-
Технологии и машины обработки давлением
повке, а большая при холодной. В центральной части повреждаемость равна нулю, зоны в которых повышенный данный параметр граничат с инструментами и расположены в зоне контакта заготовки с оснасткой.
Рис. 2. Повреждаемость по Cockcroft Latham при: а - холодной штамповке;
б - горячей штамповке
Рис. 3. Упругие деформации в инструменте при: а - холодной штамповке;
б - горячей штамповке
Важным параметром также является деформации в инструменте, в данном случае как в пуансоне, так и в матрице наблюдаются исключительно упругие деформации, без пластических. Судя по распределению упругих деформаций наибольшую нагрузку, воспринимает пуансон и нижняя часть матрицы. При горячей штамповке упругие деформации почти в 3 раза ниже, чем при холодной. Очаги упругих деформаций одинаковы как при холодной, так и при горячей штамповке.
Выводы:
1. При смене горячей штамповки на холодную происходит рост технологической силы
в 7 раз.
2. Величина упругих деформаций при рассматриваемых режимах объемного выдавливания отличается почти в 3 раза, при этом меньшая величина наблюдается при горячей штамповке.
3. Повреждаемость также отличается, и для холодной штамповки выше примерно на 25%, чем при горячей.
Таким образом смена горячего выдавливания на холодную является способом снижения трудоемкости, но остальные параметры процесса, такие как повреждаемость, сила и деформации в инструменте значительно хуже, что снижает возможность применения холодного выдавливания при штамповке такой детали.
Список литературы
1. Ларин С.Н., Пасынков А.А., Нуждин Г.А. Обратное выдавливание прутковой заготовки с активным трением и вытяжкой утолщения на торце // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2020. № 6 (108). С. 16-20.
2. Богданов С.Б. Комплексная оценка процесса получения детали методом комбинированного выдавливания // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 8. С. 36-38.
3. Яковлев С.С., Чижов И.А., Павлушин В.О. Напряженно-деформированное состояние при изготовлении трубных заготовок с фланцем // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 7. С. 172-177.
4. Яковлев С.С. Анализ методов получения деталей типа втулка // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 12. С. 572-576.
5. Ларин С.Н., Пасынков А.А., Яковлев С.С. Оценка напряженно-деформированного состояния заготовки при вытяжке через сложнопрофильную матрицу // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 10. С. 466-470.
6. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. Учебник для вузов. М.: Машиностроение, 1977. 317 с.
7. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Л.: Машиностроение.1979.
520 с.
8. Ларин С.Н., Гурова О.Ю., Усенко Н.А. Влияние условий деформирования на стойкость инструмента при комбинированном выдавливании прутковых стальных заготовок // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 10. С. 396400.
9. Pasynkov A.A., Larin S.N. Study of technological factors' effects on deforming of thin-wall tubes deformation forces in short-term creep mode // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. С. 012034.
Подтягин Валентин Эдуардович, магистрант, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет.
EVALUATION OF PRODUCTION OF STEPPED PARTS AT DIFFERENT TEMPERATURE
REGIMES
V.E. Podtyagin
An assessment of the manufacture of a stepped part is carried out using various temperature conditions. The article compares the possibility of replacing hot forging with cold forging in order to reduce labor intensity. A study of the power characteristics of the process, damageability and stressstrain state in the tool is carried out.
Key words: tool, stepped part, damageability, temperature, cold stamping, die forging.
Podtyagin Valentin Eduardovich, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
