ОЦЕНКА СИЛОВЫХ РЕЖИМОВ И ПОЛЕЙ ДЕФЕКТОВ ПРИ РИФЛЕНИИ АЛЮМИНИЕВЫХ И СТАЛЬНЫХ ОБОЛОЧЕК Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.7.043

DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-348-350

ОЦЕНКА СИЛОВЫХ РЕЖИМОВ И ПОЛЕЙ ДЕФЕКТОВ ПРИ РИФЛЕНИИ АЛЮМИНИЕВЫХ И СТАЛЬНЫХ ОБОЛОЧЕК

В.Д. Кухарь, С.С. Яковлев

Рифление может проводиться на оболочках, выполненных из разных металлов и сплавов. Наиболее распространенные материалы для рифления являются стали и алюминиевые сплавы. Поэтому особенный интерес представляет сравнение процессов рифления на алюминиевых и железоуглеродистых сплавах с точки зрения силовых параметров и вероятности образования поверхностных дефектов. Так как эти данные являются одними из самых важных для построения технологического процесса. Поэтому в данной работе проводится исследование этих характеристик при рифлении оболочек из алюминиевого сплава АД0 и стали 10. Приводятся и анализируются графики технологических сил, а также полей ОаМ-АвМ на поверхности оболочек. Делаются выводы о том, как материал влияет на нагрузку и вероятность появления поверхностных дефектов.

Ключевые слова: поверхностные дефекты, поля ОагфвШ, технологическая сила, рифление, алюминия, сталь.

Существует множество технологических процессов пластического формоизменения, которые на данный момент мало изучены. Как правило, это процессы и технологии для получения уникальных, редко встречающихся и сложнопрофильных изделий. В том числе это касается и операций рифления. Однако на данный момент рифление с помощью операции редуцирования [1-2] изучены в достаточно глубоко, в то время как нанесение рифлей локальным пластическим формоизменением [3-5] на данный момент изучены мало.

Рифление, как и любой технологический процесс требует всестороннего анализа. Однако есть характеристики, которые являются определяющими для технологии. Для операций обработки металлов давлением такими характеристиками могут выступать технологическая сила, качество, производительность. Поэтому их оценка ставится в первую очередь при исследовании технологии. Все это возможно оценить с использованием программных комплексов и математических моделирований, которые будут проведены в данной работе в программе QForm [6-10].

Статья проведена оценки технологических сил и качества изделия, при этом качество будет оценено по величине полей Gartfield, которые показывают вероятность появления дефектов на внешней поверхности оболочки. Ранее авторами уже был проведен ряд подобных исследований [3], но они касались исключительно рифления стальных оболочек, в данном же случае будет проведен анализ процесса получения рифлей на алюминиевых заготовках и сравнение полученных данных с собранными ранее.

Для этого было проведено моделирование рифления на заготовке из алюминиевого сплава АД0, сам процесс аналогичен предыдущим и заключается в проталкивании рабочей оправки со спиральными выступами через контейнер с заготовкой-оболочкой. При этом происходит вращение оболочки вокруг своей оси под действием возникающих сил. Заготовка - цилиндрическая полая труба высотой 50 мм, толщиной стенки 3,55 мм, внутренним диаметром 110,7 мм. Рифление проводилось на глубину 1 мм, а их общее число равнялось 8 шт. В результате был получен график технологических сил рифления алюминиевого сплава АД0 и стали 10 (рис. 1).

О 10 20 30 40 50 60

Перемещение пуансона, мм

-СтальЮ -АД0

Рис. 1. График технологической силы

Кривые графика технологической силы рифления имеют общие характерные черты, а именно одинаковый вид подъема и снижения сил, начало и конец кривых находится в одних и тех же соответственных местах. При этом несмотря на то, что заготовка высотой 50 мм, перемещение пуансона, при

348

Технологии и машины обработки давлением

котором имеется нагрузка, больше, что вызвано необходимостью выйти рабочей оправки из тела заготовки. Наибольшая же технологическая сила при рифлении заготовок из стали 10 и АД0 отличается существенно, а именно в 5 раз.

Следующим этапом является изучение качества получаемых рифлей с помощью полей Gartfield

(рис. 2).

(K7S <H7D ftM OtÜ

ess

ftSO

№40 a» И <H2S 02D ftli a id ft« ftOO

ftTÍ ft7ü ft« ОН (US

uso

Ü4Í »40 a» (k]0 ЛИ Üil <k15

an

GK ОИ

Рис. 2. К оценке полей Gartfield

Анализ показал, что дефекты могут образовываться только в зоне образующихся рифлей, причем только на боковом наплыве, как и у стальной детали, так и у алюминиевой. Максимальное полученное значение исследуемого параметра у обеих деталей не превышает допустимого, однако зона распределения отличного от нуля значения в случае алюминиевой заготовки выше.

Таким образом установлено, что технологическая сила рифления существенно зависит от множества факторов, в том числе и от материала заготовки. Так в данном случае сила рифления алюминиевого сплава АД0 ниже в 5,5 раз, чем стального образца. При этом поля Gartfield вероятности появления поверхностных дефектов в данном случае не зависят от материала и практически идентичны в обоих рассматриваемых случаях.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-29-20212, https://rscf.ru/proiect/22-29-20212, и Правительства Тульской области.

Список литературы

1. Трегубов В.И., Иванов Ю.А. Экспериментальная отработка редуцирования заготовок рифленым пуансоном в коническую матрицу // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. Вып. 1. С. 178-182.

2. Яковлев С.С., Митин О.Н. Редуцирование профильным пуансоном трубных заготовок через коническую матрицу // Заготовительные производства в машиностроении. 2015. № 10. С. 16-24.

3. Кухарь В.Д., Яковлев С.С. Исследование процесса получения рифлей на наружной поверхности цилиндрической оболочки // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2022. Вып. 2. С. 332-339.

4. Кухарь В.Д., Яковлев С.С. Штамповая оснастка для реализации процесса рифления // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 2. С. 38-41.

5. Яковлев С.С. Новый энергоэффективный способы рифления // Проблемы развития предприятий: теория и практика // Сборник статей IX Международной научно-практической конференции, Пенза, 18-19 апреля 2022 года / Под научной редакцией В.И. Будиной. Пенза: Пензенский государственный аграрный университет, 2022. С. 195-198.

6. QForm - универсальная и эффективная программа для моделирования ковки и штамповки / Н.В. Биба, С.А. Стебунов, Ю.А. Гладков, П.С. Мордвинцев // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2011. № 1. С. 36-42.

7. Ершов А.А., Котов В.В., Логинов Ю.Н. Возможности QFORM-EXTRUSION на примере прессования сложных профилей // Металлург. 2011. № 10. С. 32-38.

8. Стебунов С.А., Гладков Ю.А. Q form 9 - программа для моделирования процессов обработки давлением металлических материалов // Инновационные технологии и технические средства специального назначения: Труды XII общероссийской научно-практической конференции. В 3-х томах, Санкт- Петербург, 20-22 ноября 2019 года. Санкт- Петербург: Балтийский государственный технический университет «Военмех», 2020. С. 98-99.

9. Исследование и совершенствование технологии горячей штамповки поковок типа "клапан" моделированием в программе QForm / А.А. Мышечкин, И.Н. Кравченко, Е.В. Преображенская [и др.] // Технология металлов. 2022. № 3. С. 45-54.

10. Gerasimov D., Gartvig A. Parallel computing of metal forming simulation in QForm software // Computer Methods in Materials Science. 2016. Vol. 16. No 3. P. 139-142.

Кухарь Владимир Денисович, д-р техн. наук, профессор, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Яковлев Сергей Сергеевич, аспирант, yakovlev-ss-science@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

EVAL UATION OF POWER MODES AND FIELDS OF DEFECTS IN THE GRIPING OF ALUMINUM AND STEEL SHELLS

V.D. Kukhar, S.S. Yakovlev

Corrugation can be carried out on shells made of different metals and alloys. The most common corrugated materials are steel and aluminum alloys. Therefore, ofparticular interest is the comparison of corrugation processes on aluminum and iron-carbon alloys in terms offorce parameters and the likelihood of surface defects. Since this data is one of the most important for building a technological process. Therefore, in this paper, these characteristics are studied during corrugation of shells made of aluminum alloy AD0 and steel 10. Graphs of technological forces, as well as Gartfield fields on the surface of shells, are presented and analyzed. Conclusions are drawn about how the material affects the load and the likelihood of surface defects.

Key words: surface defects, Gartfield fields, technological force, corrugation, aluminum, steel.

Kukhar Vladimir Denisovich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Yakovlev Sergey Sergeevich, postgraduate, yakovlev-ss-science@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State

University

УДК 621.77; 621.7.043

DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-350-354

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОБРАТНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК НА ПОВРЕЖДАМОСТЬ МАТЕРИАЛА ИЗДЕЛИЙ

С.Н. Ларин, М.В. Ларина, В.И. Трегубов

Одним из высокоэффективных способов выдавливания полых деталей с переменной толщиной стенки является выдавливание. В статье рассмотрена операция изготовления втулок с переменной толщиной стенки по высоте. Выполнено моделирование данного процесса, в ходе которого установлено влияние геометрических характеристик процесса и контактного трения на повреждаемость материала заготовки. Выполнена регрессионная оценка силовых режимов и параметров повреждаемости. Получены выражения, выведенные на основе регрессионного исследования, позволяющие определить силу и повреждаемость материала заготовки. Получены результирующие зависимости влияния редукции, трения и углов конусности инструмента на повреждаемость.

Ключевые слова: обратное выдавливание, холодное деформирование, сила, повреждаемость.

Детали типа втулок с переменной толщиной стенки обычно получают обработкой резанием, в результате чего имеют место низкий коэффициент использования металла и высокая трудоёмкость изготовления. Одним из эффективных способов получения полых деталей с переменной толщиной стенки является выдавливание. Таким образом, процессы выдавливания позволяют получать полые заготовки со стенками переменной толщины с утолщенными и утоненными участками, расположенными на заданном расстоянии по высоте заготовки за один ход пресса, что снижает трудоемкость получения таких заготовок,

350