CC BY
4
ТЕХНОЛОГИИ И МАШИНЫ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ
УДК 621.77; 621.7.043 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-5-64-67
ОЦЕНКА СИЛ ПРИ ОБЖИМЕ СТАЛЬНОЙ ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ
С ВЫДАВЛИВАНИЕМ
С.Н. Ларин, Ю.В. Бессмертная, Г.А. Нуждин
Выполнено моделирование обжима стальной трубной заготовки с одновременным выдавливанием, которое осуществляется за счет зазора между матрицей и оправкой на коническом участке. Установлено влияние трения, величины конусности матрицы, коэффициента обжима и степени деформации при выдавливании на силу деформирования.
Ключевые слова: обжим, выдавливание, осадка, формоизменение, сила.
В работе [1] рассмотрена операция обжима стальной трубной заготовки с одновременным выдавливанием конического участка за счет создания зазора, равного толщине материала заготовки межу оправкой и коническим участком матрицы. Установлено влияние параметров деформирования на течении рассматриваемой операции.
Исследуемая операция заключается в одновременном обжиме трубной заготовки и калибровке по толщине ее конического участка. Это реализуется за счет осадки данного участка, возникающей ввиду зазора между оправкой и матрицей, меньшего или равному толщине исходной заготовки. Ввиду того что в конце операции реализуется калибровка могут возникать значительные силы на инструменте. Поэтому актуальным является оценка силовых режимов в части определения рациональных технологических параметров, обеспечивающих минимизацию сил деформирования. Данную оценку выполним путем исследования результатов, полученных в входе моделирование операции в программе DEFORM. Заготовкой является труба с толщиной стенки 5 = 5 мм и наружным диаметром D0 = 80 мм. В работе изучалось влияние коэффициента обжима, величины зазора между оправкой и коническим участком матрицы z, угла конусности матрицы и оправки а, ° , коэффициента трения на значение силы процесса.
Предполагалось, что деформированию подвергается заготовка из углеродистой стали 10 при комнатной температуре. Теплообменом между заготовкой и инструментами пренебрегали. Полагалось, что заготовка сохраняет постоянную температуру при деформировании, т.е. не происходит локального нагрева металла при деформировании. Трение исследовалось в диапазоне коэффициентов 0,05...0,15 (коэффициент трения Кулона).
На рис. 1 представлена схема операции до начала хода пуансона (а) и после завершения операции (б).
По результатам моделирования обжима с калибровкой конического участка заготовки был установлен характер изменения силы операции в ходе деформирования. Результаты в виде графика зависимости силы от относительной величины перемещения пуансона показаны на рис. 2.
V
а б
Рис. 1. Схема обжима с выдавливанием
Р, кН
3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0
I ¡11
3 2ч 1- 1 /
\ \ ~ ч /
\
\ \ ч '
\ ч/1
——-=» л
О 0,2 0,4 0,6 0,8 11
Рис. 2. График изменения сил от относительной величины перемещения пуансона:
1 - к = 0,7 ; 2 - к = 0,8 ; 3 - к = 0,9
Видно, что исследуемый процесс исходя из изменения сил деформирования условно состоит из двух этапов. На рис. 3 представлены схемы формоизменения заготовки соответствующие положению инструмента для каждого из данных этапов.
I Г
) (
I этап II этап
Рис. 3. Схемы формоизменения заготовки
В исследуемом процессе первая стадия соответствует обжиму и заканчивается в момент, когда внутренняя часть конического элемента соприкасается оправкой. Дальше происходит утонение конической зоны заготовки и резкий рост сил деформирования.
На рис. 4 приведены графики зависимости влияния коэффициента утонения конической зоны заготовки и коэффициента обжима для разных углов конусам матрицы.
Известия ТулГУ. Технические науки. 2021. Вып. 5
Р, кН
3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0
. 1 2
/ /
-
а
Р, кН
3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 О
Р, кНг
3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 О
1 2
/
/
0,7
0.75
0.S
0,85
1 2
/ /
0,7
0,75
0,8
0,85
Рис. 4. График изменения Р, кН от к: 1 - 2 = 1; 2 - z = 0,9 ; а - а = 12 ° ;
б - а = 15 ° ; в - а = 18 °
Видно, что изменение зазора между инструментами 2 = 2 / £ с 1,0 до 0,9 приводит увеличению сил деформирования на 40 %. Для всех значений коэффициента обжима с изменением коэффициента утонения сила меняется равномерно. Увеличение угла конусности инструмента при обжиме с утонением приводит росту сил на 3.. .5 %.
На рис. 5 показана зависимость изменения сил обжима с утонением конического элемента от величины 2 = 2 / £ при разных коэффициентах трения.
Р, кН
3000 2500 2000 1500 1000 500 0
К \ 2
0.9 0.95 1 1,05 z
Рис. 5. График изменения P, кН от z = z / s: 1 - ц = 0,05; 2 - ц = 0,15
(к = 0,8 ; а = 12 °)
б
в
По результатам исследования установлено, что с уменьшением коэффициента утонения (начиная с 2 = 0,98 ) происходит резкий рост сил деформирования. Так в интервале 2 = 1,1 ...0,98 сила увеличивается на 5.7%. В интервале 2 = 0,98...0,9 происходит рост сил в 1,8.2 раза. Это можно связать с тем, что при больших значениях 2 происходит постепенное утонение конической зоны заготовки, что связано с разницей в толщинах стенки по высоте. При 2 большем, чем 0,98 происходит контакт матрицы со всей поверхностью конического элемента заготовки, что вызывает резкий рост сил. Рост контактного трения с 0,05 до 0,145 приводит к росту силы в 2 раза.
66
По результатам исследований установлено, что при обжиме с калибровкой ключевыми показателями процесса, ограничивающими его с точи зрения сил являются величина утонения стенки и коэффициент трения. Данные величины требуется контролировать при назначении технологических режимов штамповки.
Работа выполнена в рамках гранта РФФИ 20-08-00401.
Список литературы
1. Пасынков А.А., Аккуратнова А.С. Оценка напряженно-деформированного состояния и возможностей формоизменения тонкостенной трубной заготовки из сплава ВТ14 при ее раздаче в изотермических условиях // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. Вып. 9. С. 286-290.
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 от-бортовки // 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.
Ларин Сергей Николаевич, д-р техн. наук, профессор, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Бессмертная Юлия Вячеславовна, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Нуждин Георгий Анатолиевич, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Москва, Орган по сертификации НИТУ «МИСИС»
STIMATION OF FORCES AT CRIMPING STEEL PIPE BILLETS WITH EXTRUSION S.N. Larin, Yu.V. Bessmertnaya, G.A. Nuzhdin
Simulation of the crimping of a steel pipe billet with simultaneous extrusion, which is carried out due to the gap between the matrix and the mandrel on the conical section, has been carried out. The influence of friction, the value of the taper of the matrix, the compression ratio and the degree of deformation during extrusion on the deformation force is established.
Key words: crimping, extrusion, upsetting, deformation, force.
Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Bessmertnaya Julia Vyacheslavovna, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Nuzhdin Georgiy Anatolievich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Moscow, Certification body of NUSTMISIS
