CC BY
4
parts using shaping tools of various geometric shapes. Research is carried out with the help of computer simulations in programs for modeling metal forming processes. In this paper, reverse extrusion, technological forces and the shape of the resulting product are studied when forming with several types of punches. Images of the obtained parts are given based on the results of modeling, graphics of technological forces. An assessment is made of how the shape of the tool affects the required technological force. Conclusions are drawn about which of the evaluated instruments is the most optimal in this case and which of the considered ones is better suited for the operation.
Key words: body of revolution, aluminum alloy, forging, extrusion, reverse extrusion.
Gasanov Abbas Isa ogly, student, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Scientific advisor: Pasynkov Andrej Aleksandrovich, candidate of technical science, docent, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-2-620-623
ОЦЕНКА ПРЕДЕЛЬНОЙ СТЕПЕНИ УТОНЕНИЯ ПРИ ОТБОРТОВКЕ
Г.А. Вобликов
Процессы обработки металлов давлением являются сложными технологическими процессами заготовительного производства, с помощью которых возможно получение деталей широкой номенклатуры. Настоящая работа посвящена операции отбортовки, которая может отличаться в зависимости от места формоизменения (по внутренней кроме или наружной) по типу применяемого инструмента, по характеру изменения формы, так выделяют отбортовку и отбортовку с утонением. Последняя будет рассмотрена в данной работе. Проводится компьютерное моделирование процесса обработки металлов давлением, а именно отбортовки при помощи программных комплексов. Приводятся коэффициенты утонения, при которых начинает происходить разрушение материала. Приводятся схемы распределений интенсивности деформаций и средних напряжений. Проведена оценка этих параметров и выявлены закономерности протекания процесса, напряженного и деформированного состояния и разрушения материала. Делаются выводы о качественном и количественном распределении интенсивности напряжений и средних напряжений при отбортовке с утонением.
Ключевые слова: отбортовка, утонение, коэффициент утонения, средние напряжения, интенсивности деформаций.
Для операций обработки металлов давлением характерно большое разнообразие применяемых операций для получения конечного изделия, так в основном различают методы объемной и листовой штамповки [1-2]. Листовой штамповкой получают большое разнообразие деталей, при этом для этого вида ОМД характерно получение изделий или полуфабрикатов из листового или фасонного проката без значительного распределения материла в поперечном сечении. Таких процессов существует много: гибка, вытяжка, вырубка, пробивка, раздача, обжим. Настоящая работа посвящена операции отбортовки, которая может отличаться в зависимости от места формоизменения (по внутренней кроме или наружной) по типу применяемого инструмента, по характеру изменения формы, так выделяют отбортовку и отбор-товку с утонением. Последняя будет рассмотрена в данной работе.
Как и в любой другой операции обработке металлов давлением, при отбортовке с утонением имеются предельные возможности изменения формы [3-5], в данном случае же имеются 2 предельных характеристики, одной из которых является предельная возможность отбортовки, а второй - максимально допустимая степень утонения. В работе рассматривается предельные возможности утонения при фиксированных иных параметрах отбортовки. И будут рассмотрены интенсивности деформаций и средние напряжения при разных коэффициентах утонения материала. Для исследования были проведены разные компьютерные моделирования, при следующих начальных условиях: толщина стального (сталь 10) диска составляет 2 мм, использовалась смазка (фосфат-мыло). Компьютерные моделирования проводились в программе QForm [6-10]. Для начала было проведено исследование утонения с 2 мм до 1,35 мм, и после постепенно увеличивалось утонение. Было определено, что при коэффициенте утонения равном 0,5 обрыва не происходило, однако при 0,475 разрыв наблюдался (рис. 1).
Технологии и машины обработки давлением
Рис. 1. Потеря устойчивости заготовки при отбортовке с утонением
Таким образом, были выбраны несколько контрольных точек для оценки напряженно-деформированного состояния. В данном случае рассмотрены варианты следующих коэффициентов утонения: 0,675, 0,5 и 0,475. Были получены схемы распределения интенсивностей деформаций (рис. 2) и средних напряжений (рис. 3).
в
Рис. 2. Распределение интенсивности деформаций при коэффициентах утонения 0,675 (а), 0,5 (б),
0,475 (в)
в
Рис. 3. Распределение средних напряжений при коэффициентах утонения 0,675 (а), 0,5 (б), 0,475 (в)
Установлено, что максимальная величина деформаций увеличивается при увеличении степени утонения, так при коэффициенте утонения 0,675 максимальные деформации составляют 1,1, при коэффициенте утонения 0,475 - 2,8, таким образом разница составляет более 250%. При наибольшей степени утонения максимальные деформации наблюдаются в зоне прогрессирующего разрушения материала. Аналогичная картина наблюдается и при оценке средних напряжений, в данном случае разница в величине растягивающих напряжений составляет более 200% (при коэффициенте утонения 0,675 величина максимальных растягивающих напряжений составляет 210 МПа, а при 0,475 - 455 МПа). Как и с деформациями, в месте разрушения растягивающие напряжения максимальны. Таким образом, установлено, что в данном случае величина растягивающих напряжений не должна превышать 400 МПа, а величина интенсивности деформаций - 1,4, что характерно для отбортовки с коэффициентом утонения 0,5.
Список литературы
1. Яковлев С.С. Ковка и штамповка. В 4 т. Т. 4. Листовая штамповка / Под общ. ред. С.С. Яковлева; ред. совет: Е.И. Семенов (пред.) и др. М.: Машиностроение, 2010. 732 с.
2. Ковка и штамповка: Справочник. В 4-х т. / Ред. совет: Е.И. Семенов (пред.) и др. М.: Машиностроение, 1986. Т.2. Горячая штамповка / Под ред. Е.И. Семенова, 1986. 592 с.
3. Вобликов Г.А. Анализ температур при проведении операции отбортовки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 9. С. 333-335.
4. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2022682820 Российская Федерация. Программа для определения технологических параметров операции отбортовки : № 2022681911: заявл. 16.11.2022: опубл. 28.11.2022 / А.А. Пасынков, С.С. Яковлев, И.В. Гребенщиков, И.С. Хрычев; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тульский государственный университет».
5. Аверкиев Ю.А., Аверкиев А.Ю. Технология холодной штамповки. М.: Машиностроение, 1989. 304 с.
6. Звонов С., Батурин А., Уперчук Р. Методика расчета конструкции сплошной матрицы для прессования тонкостенного профиля с применением QForm VX и анализ остаточных напряжений // САПР и графика. 2019. № 12(278). С. 93-95.
7. Гладков Ю.А. Повышение интереса студентов к специальности "Обработка металлов давлением": сертификация специалистов QForm, конференция, олимпиада // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2017. № 2. С. 34-38.
8. Ларин С.Н. Исследование характера течения материала и сил совмещенного процесса изотермического обжима с набором утолщений на торцах трубных заготовок // Проблемы машиноведения : Материалы V Международной научно-технической конференции, Омск, 16-17 марта 2021 года. Омск: Омский государственный технический университет, 2021. С. 258-263.
9. Яковлев С.С. Оценка повреждаемости материала при рифлении // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 12. С. 571-573.
10. Игнатьев К.А., Морозов С.А. Моделирование новой технологии изготовления детали "Пробка" для крана шарового в программе QFORM // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2008. № 6. С. 3.
Вобликов Григорий Алексеевич, студент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Научный руководитель: Платонов Валерий Иванович, канд. техн. наук, доцент, Россия, Тула, Тульский государственный университет
EVALUATION OF THE LIMITING DEGREE OF THINNING DURING FENDING
G.A. Voblikov
Metal forming processes are complex technological processes of blank production, with the help of which it is possible to obtain parts of a wide range. This work is devoted to the operation offlanging, which may differ depending on the place of shaping (except for internal or external) according to the type of tool used, according to the nature of the change in shape, so flanging and flanging with thinning are distinguished. The latter will be considered in this work. Computer modeling of the metal forming process, namely, flanging, is carried out using software packages. The coefficients of thinning are given, at which the destruction of the material begins to occur. Schemes of distributions of strain intensity and average stresses are given. An assessment of these parameters was carried out and regularities of the course of the process, the stressed and deformed state, and the destruction of the material were revealed. Conclusions are drawn about the qualitative and quantitative distribution of stress intensity and average stresses during flanging with thinning.
Key words: flanging, thinning, thinning coefficient, average stresses, strain intensity.
Технологии и машины обработки давлением Voblikov Grigorii Alekseevich, student, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Scientific advisor: Platonov Valery Ivanovich, candidate of technical science, docent, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.7
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-2-623-628
АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ГОРЯЧЕЙ ОСАДКИ ЭЛЕМЕНТА ПРУТКОВОЙ ЗАГОТОВКИ
А.А. Пасынков, Ю.В. Бессмертная
В статье рассмотрена операция формирования цилиндрических утолщений на прутковой заготовке методами пластической деформации. В частности, операция высадки. Рассматриваемая операция характеризуется значительными степенями деформации, соответственно высокими силовыми нагрузками. Изделия или полуфабрикаты, получаемые данной операцией, характеризуются высокой прочностью. Материалом является сплав ВТ6. Поэтому деформирование должно реализовываться в горячих условиях, что даст уменьшение силовых нагрузок на инструмент, уменьшение растягивающих напряжений и улучшение деформационных характеристик материала изделия. Рассмотрены различные термические режимы деформирования. В статье исходя из анализа результатов исследований процесса высадки выполнено обоснование целесообразности применения изотермического режима штамповки и подбору скоростных режимов деформирования исходя из обеспечения оптимального напряженно-деформированного состояния и минимальных силовых параметров деформирования. В ходе анализа результатов установлены сочетания скоростей деформирования и термического режима штамповки, обеспечивающие как оптимальные силовые режимы деформирования, так качественные характеристики изделий.
Ключевые слова: высадка, моделирование, формоизменение, сила, напряжения, деформации.
В статье выполнено моделирование технологии горячей высадки прутковых заготовок из сплава ВТ6. При изготовлении утолщенных осесимметричных изделий технология горячей осадки обладает рядом преимуществ - это высокая производительность и возможность экономии материала заготовки. Операция характеризуется значительными степенями деформации, соответственно высокими силовыми нагрузками. В статье исходя из анализа результатов исследований процесса высадки выполнено обоснование целесообразности применения изотермического режима штамповки и подбор скоростных режимов деформирования исходя из обеспечения оптимального напряженно-деформированного состояния и минимальных силовых параметров деформирования. Исследование выполнено на основе CAE-моделирование операции в программе DEFORM.
В качестве заготовок использовались прутки из сплава ВТ6, диаметром 20...60 мм. На рис. 1 дана схема высадки. Свободная часть заготовки имеет высоту h = 2d. Влияние скорости деформирования исследовалось в интервале 1.500 мм/мин. Термический режим штамповки подбирался исходя из обеспечения режима кратковременной ползучести при деформировании. Таким образом, температура деформирования принималась равной 900°С, которая должна быть постоянной в процессе деформирования. Для целесообразности применения режима кратковременной ползучести были выполнены исследования процесса высадки и для режима деформирования с изменяющейся температурой заготовки. Исследовалось влияние теплообмена между инструментом и заготовкой. Ход инструмента рассматривался в интервале h = 0.. .0,9h). Коэффициент трения между инструментом и заготовкой принимался равным 0,3.
Для оценки изменения напряжений при деформировании прутка были выбраны три точки для контроля. На рис. 2 приведена схема высадки с выбранными точками для оценки.
На рис. 3 даны графики изменения величин средних напряжений в зависимости от хода пуансона, справедливых для режима изотермической штамповки. На рис. 4 даны графики изменения величин средних напряжений в зависимости от хода пуансона, справедливых для режима штамповки с начальной температурой 900°С, изменяющей в процессе высадки. Цифры 1,2,3 на графиках соответствуют точкам, приведённым на схеме процесса.
