CC BY
2
7. Колмогоров В.Л. Механика обработки и металлов давлением. М. Металлургия. 1986. 688 с.
8. Shengfa Zhua, Xincun Zhuanga, Dongkai Xucd, Yin Zhua, Zhen Zhao Flange forming at an arbitrary tube location through upsetting with a controllable deformation zone // Journal of Materials Processing Technology. Volume 273, 2019, 116230.
9. Alves L.M., Afonso R.M., Silva C.M.A., Martins P.A.F. Joining tubes to sheets by boss forming and upsetting // Journal of Materials Processing Technology. Volume 252, 2018. P. 773-781.
10. Anees Al-Tamimia, Rooholamin Darvizeha, Keith Davey Experimental investigation into finite similitude for metal forming processes // Journal of Materials Processing Technology. Volume 262, 2018. P. 622637.
Хрычев Иван Сергеевич, студент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Романов Павел Витальевич, аспирант, Россия, Тула, Тульский государственный университет
QUANTITATIVE ASSESSMENT OF STRESSES IN THE DEFORMATION FOCUS DURING HOT
DISTRIBUTION
I.S. Khrychev, P.V. Romanov
In the process of operation of the elements of hydraulic pipelines, there are significant loads on the elements of the hydraulic system. Ofparticular interest are various kinds of adapters and hydraulic cylinders with a changing working profile. Therefore, it is necessary to use materials with certain performance characteristics for the manufacture of elements of such systems. The article considers the scheme of obtaining such products by plastic shaping, namely by distributing a part of a pipe billet. Distribution is considered for blanks made of alloy B95. It is important to select a combination of the deformation rate and temperatures that ensure the qualitative formation of the geometry of the products and the best stress state of the workpieces. In view of this, the article presents studies of changes in stress values in critical areas of the workpiece. Dependences of stress changes for different taper angles, degrees of deformation and speed modes are obtained.
Key words: alloy steels, distribution, deformation, stresses.
Khrychev Ivan Sergeevich, student, [email protected] Russia, Tula, Tula State University,
Romanov Pavel Vitalyevich, postgraduate, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.77; 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-10-378-382
ОЦЕНКА ПОВРЕЖДАЕМОСТИ СТАЛЬНОЙ ТРУБЫ ПРИ ЕЕ ХОЛОДНОМ ВЫДАВЛИВАНИИ
А.Д. Харченко
Процессы холодного деформирования являются эффективными методами получения как готовых изделий, так и полуфабрикатов под дальнейшую обработку. Как правило холодная штамповка является высокопроизводительным методом обработки давлением. Но в то же время процессы холодного формоизменения характеризуются значительными значениями напряжений и повреждаемости по сравнению с горячей обработкой давлением. В статье рассмотрена операция обратного вылавливания трубы из углеродистой стали 10. Процесс осуществляется в условиях холодной обработки давлением. Выполнено моделирование операции в комплексе CAE-моделирования. Выполнен анализ влияния углов конусности матрицы, степеней деформации и величины контактного трения на максимальные величины повреждаемости, возникающие в объёме заготовки в процессе деформирования. Построены зависимости изменения повреждаемости от ключевых параметров.
Ключевые слова: прямое выдавливание, холодное формоизменение, растягивающие напряжения,
анализ.
В статье выполнен анализ процесса обратного вылавливания трубы из углеродистой стали коническим пуансоном. Ввиду возможности возникновения предельных значений величин повреждаемости и растягивающих напряжений выполнена оценка влияния углов конусности матрицы, степеней деформации и величины контактного трения на максимальные величины повреждаемости, возникающие в объёме
заготовки в процессе деформирования. Так как процессы холодного формоизменения характеризуются значительными значениями напряжений и повреждаемости по сравнению с горячей обработкой давлением цель, поставленная для решения, является актуальной. Полученные результаты могут быть использованы при назначении технологических режимов операции.
Выполнено моделирование операции в комплексе САЕ-моделирования. Для анализа процесса были выбраны трубы диаметром 90 мм и толщиной стенки 9 мм. Материал заготовок углеродистая сталь 10. Температура заготовки 20°С. Угол конусности матрицы 14... 20°. Степени редукции
А - о
t
1.6 мм.
р =0,8.0,375. Коэффициент трения 0,05.0,15. Радиус скруления рабочей кромки пуансона
На рис. 1 даны эскизы исследуемого процесса на разных этапах операции.
Рис. 1. Схема операции выдавливания
В работе выполнен анализ изменения напряженно-деформированного состояния деталей при выдавливании в контрольных точках, для которых установлено изменение величин повреждаемости. В данной статье выполнена оценка изменения максимальных величин повреждаемости, возникающих в стенке заготовки.
На рис. 2 представлены графики изменения повреждаемости для геометрии матрицы с углом конусности а = 11° со степенями редукции Г = 0,8; Г = 0,6; Г = 0,4.
со
0,2 0,15 0,1 0,05
О
0,2
0,4
0,6
0,8
(О
0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 О
0,2
0,4
0,6
0,8
ь
Рис. 2. График зависимости ю от И = Итек / Икон :а - Г = 0,8; б - Г = 0,6; в - Г = 0,4
379
г =
б
а
в
Анализ полученных графических зависимостей, иллюстрирующих изменение повреждаемости
в зависимости от хода перемещения деформирующего пуансона и величины редукции г показал, что с увеличением степени деформации повреждаемость увеличивается от начального нулевого значения, что соответствует положениям теории обработки давлением [8]. Изменение величины редукции в диапазоне от 0,8 до 0,4 приводит к росту повреждаемости в 2 раза на заключительном этапе формообразования. Вначале процесса деформирования (до 0,2 к ) редукция г не оказывает существенного влияния на повреждаемость.
На рис. 3 представлены графики изменения повреждаемости для геометрии матрицы с углом конусности а = 14° с рассматриваемыми величинами редукции.
0,2 0,15 0,1 0,05 О
-
0 0,2 0,4 0,6 0,8 ^
а
со
0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 О
0,4 0,6
б
Рис. 3. График зависимости ю от к = ктек / ккон: а - г = 0,8; б - г = 0,6; в - г = 0,4
На рис. 4 приведены графики изменения повреждаемости для геометрии матрицы с углом конусности а = 17° с рассматриваемыми величинами редукции.
0,2 0,4 0,6 0,8
0,2 0,4 0,6 0,8
Рис. 4. График зависимости ю от к = ктек / ккон: а - г = 0,8; б - г = 0,6; в - г = 0,4
380
в
б
а
в
Учет изменения угла конусности инструмента а в исследуемом диапазоне от 11 до 17° приводит к резкому росту величины повреждаемости. При угле конусности матрицы 17° и редукции r = 0,4 параметр повреждаемости достигает предельного значения, происходит разрушение заготовки.
Необходимость ведения учета повреждаемости материала заготовки при разработке штамповочной технологии обусловлена возможностью прогнозирования качества получаемых изделий [9]. При превышении допустимого уровня накопления микроповреждений в материале заготовки вводятся дополнительные операции термообработки и разбиение технологического процесса на несколько этапов деформирования с целью частичного возврата исходных свойств материала и снижения степени деформации.
Работа выполнена в рамках гранта РФФИ 20-08-00401.
Список литературы
1. Ларин С.Н., Платонов В.И., Нуждин Г.А. Силовые режимы обратного выдавливания стальной трубы // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 2. С. 18 - 21.
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 отбортовки // 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.
5. Jennifer Tennera, Kolja Andreasa, Adrian Radiusa, Marion Merklein Numerical and experimental inves-tigation of a dry drawing of aluminum alloys with conventional and coated tool surfaces, Procedia Engineering, Volume 207, 2017. P. 2245-2250
6. Junsong Jin, Xinyun Wang Lei, Deng Jiancheng Luo A single-step hot stamping-forging process for the aluminum alloy shell with nonuniform thickness, Journal of Materials Processing Technology. Volume 228,
2016, pp. 170-178.
7. Dongbin Wei, Liang Luo, Hideki Satoc ZhengyiJiang, Kenichi Manabec Simulations of hydro-mechanical deep drawing using Voronoi model and real microstructure model, Procedia Engineering. Volume 207,
2017, pp. 1033-1038.
8. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1968. 283 с.
9. Богатов А.А., Мижирицкий О.И., Смирнов С.В. Ресурс пластичности металлов при обработке давлением. М.: Металлургия, 1984. 144 с.
10. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977. 423 с.
Харченко Антон Витальевич, студент, mpf-tula@r ambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ASSESSMENT OF THE DAMAGE TO STEEL PIPE DURING ITS COLD EXTRUSION
A.V. Kharchenko
Cold deformation processes are effective methods of obtaining both finished products and semi-finished products for further processing. As a rule, cold stamping is a high-performance method ofpressure treatment. But at the same time, cold forming processes are characterized by significant stress and damage values compared to hot pressure treatment. The article considers the operation of reverse extrusion of carbon steel pipe 10. The process is carried out under conditions of cold pressure treatment. The simulation of the operation in the complex of CAE-modeling is performed. The analysis of the influence of the taper angles of the matrix, degrees of deformation and the magnitude of contact friction on the maximum damage values arising in the volume of the workpiece during deformation is carried out. The dependences of the change in damage from the key parameters are constructed.
Key words: direct extrusion, cold shaping, tensile stresses, analysis.
Kharchenko Anton Vitalievich, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
