CC BY
5
УДК 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-7-367-370
ОЦЕНКА ПРОЦЕССА ПЛАСТИЧЕСКОГО ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ ВЫДАВЛИВАНИЕМ
Л.В. Каркач
Форма инструмента порой играет решающую роль при создании конечного изделия с помощью обработки металлов давлением. Формы и размер инструмента влияет на направление и скорость течения металла и, как следствие, на напряженное и деформированное состояние и другие параметры процесса. Особенно это важно учитывать при объемной штамповке, так как имеется сложная схема напряженного и деформированного состояния. Поэтому целью работы является исследование влияния рабочего инструмента на процесс штамповки. В данной работе представлены результаты комплексной оценки того, как влияет рабочий инструмент, а именно его форма на интенсивность напряжений, средние напряжения и деформации в заготовке и в инструменте, а также на технологическую силу процесса. Исследование было проведено с помощью компьютерного программного комплекса, в котором были проведены моделирования обратного выдавливания с разным по форме формообразующим инструментом и одинаковыми остальными начальными условиями. Делаются выводы по работе согласно поставленным целям, а также рекомендации по построению процесса и выбору формы инструмента.
Ключевые слова: обработка, штамповка, выдавливание, напряжения, деформации,
нагрузка.
Пластическое формоизменение металлических заготовок может происходить при разных условиях, одним из которых выступает геометрическая форма штампового инструмента. При этом в зависимости от формы штамповой оснасти, непосредственно участвующей в операции и оказании давления на заготовку, может отличаться характер перераспределения металла (изменяться его скорость и направление), повреждаемость металла, качество конечного изделия, напряженное и деформированное состояние в инструменте, износ самого инструмента и прочее [1-9]. При этом такое положение характерно для многих операций ОМД, включая и объемную штамповку, и листовую, и ковку и даже штамповку импульсными методами (магнитно-импульсную, взрывом, пневмоформовку и т.д.). Поэтому изучение того, как влияет инструмент (его форма и размеры) на протекаемый процесс является важной задачей, от решения которой и нахождения наиболее благоприятной формы, зависит непосредственно и качество изделия, и долговечность инструмента.
При объемной штамповке, а именно обратном выдавливании важную роль играет давящий инструмент, его форма. Так при этом процессе форма пуансона, его рабочей поверхности может быть плоской, а может иметь отличную от плоскости поверхность, например, конусообразную, шарообразную. И в зависимости от этого фактора меняется процесс изменения формы. В данной работе рассматривается штамповка плоским пуансоном и выпуклым (см. рис.) для оценки степени влияния этого фактора на некоторые параметры процесса:
- Технологическую силу;
- Деформации в заготовке;
- Интенсивность напряжений и средние напряжения в заготовке;
- Упругие деформации и средние напряжения в инструменте.
Таким образом будет проведена комплексная оценка горячего объемного выдавливания с помощью отличающегося инструмента. Исследование было решено провести с помощью программных методов в комплексе QForm, который реализован на базе метода конечных элементов. Что связано с огромным количеством преимуществ данного подхода. Была выбрана изотропная сталь 10 в качестве исходного материала, температура штамповки - 1115 градусов по Цельсию, настройки по построению конечно-элементной сетки были выбраны по-умолчанию. Рассматривался трехмерный, объемный метод расчета, так как он является более информативным.
Как показано на рисунке, отличаются только пуансоны, т.е. верхние давящие инструменты и характерным отличительным признаком является форма давящей поверхности, таким образом реализуется формоизменение двумя типами пуансонов: 1 - плоский, 2 - выпуклый.
Известия ТулГУ. Технические науки. 2022. Вып. 7
а б
Трехмерная модель инструмента с плоской рабочей поверхностью (а) и выпуклой (б)
В ходе компьютерного моделирования были определены перечисленные выше характеристики и занесены максимальные их значения на финальной стадии формоизменения в таблицу. Соответственно определены эти величины как для пуансона типа 1, так и для пуансона типа 2.
Сводная таблица с данными о процессе
Параметры Тип 1 Тип 2
Нагрузка, кН 580 550
Деформации в заготовке 6,0 6,1
Напряжения в заготовке, МПа 131 128
Растягивающие напряжения в заготовке, МПа 75 80
Сжимающие напряжения в заготовке, МПа 450 430
Упругие деформации в инструменте 0,0031 0,0028
Наибольшая величина по модулю средних напряжений в инструменте, МПа 500 475
В ходе моделирования и анализа полученных этим методом данных установлено, что технологическая сила формоизменения отличается примерно на 5% и для пуансона типа 2 оказалась наименьшей.
Деформации в заготовке при использовании разных пуансонов практически идентичны как по величине, так и по их распределению по объему заготовки. Такая же картина наблюдается и при оценке интенсивности напряжений. Однако величина сжимающих напряжений в материале заготовки при использовании пуансона типа 1 меньше примерно на 5%.
При оценке инструмента были рассмотрены величины их деформаций и средние напряжения, точнее максимальные по модулю средние напряжения. Было выявлено, что инструмент не деформируется пластически, все величины деформаций лежат в зоне упругих деформаций. И для пуансона типа 2 составляют меньшую величину, чем для пуансона типа 3. При этом в основном на матрицу приходятся упругие деформации, на пуансонах их величина меньше. Также интерес представляет величина средних напряжений, которая в данной работе представлена по модулю, и в результате оценки которой выявлено, что величина напряжений в пуансоне типа 2, а также в соответствующей ему матрице ниже примерно на 5%.
По совокупности выявленных характеристик, можно рекомендовать пуансон с выпуклой давящей поверхностью, что позволит уменьшить напряжения и деформации как в заготовке, так и в инструменте, а также снизить технологическую нагрузку, которая требуется для проведения формообразующей операции. Помимо этого, исходя из величин напряжений и деформаций и их распределению в инструменте можно предположить о большей стойкости пуансона типа 2.
Список литературы
1. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. Учебник для вузов. 4-е изд. М.: Машиностроение, 1977. 317 с.
368
2. Пасынков А.А., Яковлев Б.С., Чекмазов Н.М. Прямое выдавливание титановой трубы в коническом инструменте // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 4. С. 433-438.
3. Яковлев С.С. Анализ способа получения рифлей на обеих сторонах полой цилиндрической оболочки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 5. С. 107-109.
4. Pasynkov A.A., Larin S.N., Panfilov G.V. Evaluation of Power Parameters of Bar Stock Upsetting from Non-ferrous Alloys in Viscoplastic Conditions // Proceedings of the 6th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2020) : Серия: lecture notes in mechanical engineering, Chelyabinsk, 18-22 мая 2020 года. - Chelyabinsk: Springer Science+Business Media B.V., Formerly Kluwer Academic Publishers B.V., 2021. P. 877-883.
5. Кухарь В.Д., Пасько А.Н., Бегов П.Ю. Исследование процесса изготовления волновода сложной формы с одним фланцем методом прямого выдавливания // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2016. № 10. С. 46-48.
6. Кухарь В.Д., Екимова О.А. Способы получения полых цилиндрических изделий из профильных заготовок // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып. 12. Ч. 1. С. 3-6.
7. Bogdanov S.B., Alekseev A.V., Gribachev Y.V. Comprehensive assessment of the production of a pipe billet with a flange by forging at various temperature conditions. 2021 J. Phys.: Conf. Ser. 2094 042060.
8. Pasynkov A.A., Larin S.N., Gurova O.Y. Investigation of the combined process of isothermal crimping with a set of thickenings at the ends of pipe blanks // Journal of Physics: Conference Series: 5. Omsk, 2021. P. 012094.
9. Технология обработки давлением цветных металлов и сплавов: учебник для вузов / А.В. Зиновьев, А.И. Колпашников, П.И. Полухин [и др.]. М.: Металлургия, 1992. 512 с.
Каркач Леонид Витальевич, магистрант, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет.
EVALUATION OF THE PROCESS OF PLASTIC EXTRUSION CHANGING
L.V. Karkach
The shape of the tool sometimes plays a decisive role in creating the final product using metal forming. The shape and size of the tool affects the direction and speed of the metal flow and, as a result, the stressed and deformed state and other process parameters. This is especially important to take into account in forging, since there is a complex scheme of the stressed and deformed states. Therefore, the aim of the work is to study the influence of the working tool on the stamping process. This paper presents the results of a comprehensive assessment of how the working tool, namely its shape, affects the stress intensity, average stresses and strains in the workpiece and in the tool, as well as the technological ^ force of the process. The study was carried out using a computer software package in which back extrusion simulations were carried out with a shaping tool of different shapes and the same other initial conditions. Conclusions are drawn on the work in accordance with the set goals, as well as recommendations for building the process and choosing the form of the tool.
Key words: processing, stamping, extrusion, stresses, deformations, load.
Karkach Leonid Vitalevich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
