CC BY
10
УДК 621.771
ОЦЕНКА СИЛОВЫХ РЕЖИМОВ ПРИ ОДНОВРЕМЕННОМ РАДИАЛЬНОМ ВЫДАВЛИВАНИИ И ОСАДКЕ
Путем анализа результатов компьютерного моделирования совмещенного процесса радиального выдавливания части прутковой заготовки с одновременной осадкой выполнен анализ силовых режимов. Получены зависимости, устанавливающие влияние геометрических размеров заготовки и режимов операции на силу исследуемого процесса.
Ключевые слова: выдавливание, осадка, нормальные напряжения, изотермическая штамповка.
Выполнен анализ совмещенного процесса осадки части прутковой заготовки и радиального выдавливания для изготовления осесимметрич-ных изделий с широким фланцем и недеформируемой стержневой частью [1 - 4]. При штамповке таких изделий из специальных сплавов возникают значительные силы. В связи с этим выполним исследование влияния технологических режимов процесса и геометрических размеров заготовки на силу процесса. На рис. 1 представлена схема операции.
Анализ исследуемого процесса будем выполнять в программном комплексе DEFORM. Материалом заготовки являлись сплавы ВТ6 и АМг4. Исходная прутковая заготовка имела диаметры D = 50, 70,100 мм. Высота заготовки принималась H0 = 70,100 мм. Высота недеформируемого участка заготовки принималась H = 15,25,35,45 мм. Ход инструмента для заготовок высотой 100 мм при высоте недеформируемого участка заготовки H = 15, 25, 35, 45 мм принимался Dh = 70, 60, 50, 40 мм соответственно, для заготовок высотой 70 мм при высоте недеформируемого участка заготовки H = 15,25,35,45 мм принимался равным Dh = 40,30,20,10 мм соответственно. В процессе моделирования менялись коэффициент трения между инструментом и заготовкой m = 0,05.0,3 и скорость перемещения деформирующего пуансона
А.А. Пасынков, А.Н. Шивцова, М.К. Чистяков
Рис. 1. Схема процесса
V = 1...10 мм/с.
На рис. 2 представлены зависимости изменения силы во времени деформирования для разных температурных условий штамповки.
4 3
_____ 2
Рис. 2. Графическая зависимость «Сила - путь»: 1 - АМг4 (450 °С); 2 - ВТ6 (450 °С); 3 - АМг4 (20 °С); 4 - ВТ6 (20 °С);
V = 10мм/ с; В = 70 мм; Н0 = 100 мм; И = 0,75
Из рис. 2 видно, что рост силы происходит в два этапа. Первый характеризуется резким увеличением силы и заканчивается на величине относительного хода 0,05...0,15, второй - плавным увеличением силы, и третий - резким увеличением силы. Данный этап начинается при величине относительного хода 0,4.0,8 в зависимости от материала и условий деформирования. Реализация процесса в изотермических условиях позволяет значительно снизить силу. Для сплава АМг4 сила меньше в 5 раз, для сплава ВТ6 сила меньше в 10 раз.
На рис. 3 представлены зависимости изменения силы во времени деформирования для разных значений радиуса скругления кромки пуансона.
х.
2
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
Рис. 3. Графическая зависимость «Сила - путь»: 1 - Я = 1 мм; 2 - Я = 10 мм; АМг4; В = 70 мм; Н0 = 100 мм
Анализ полученной зависимости показывает, что изменения радиуса скругления пуансона не сильно влияет на изменение силы процесса. Поэтому данный радиус можно назначать исходя из конструктивных соображений, не руководствуясь технологическими параметрами.
На рис. 4 представлены зависимости изменения силы от относительной высоты деформируемой части заготовки (И = (И§ -И)/Но) для исследуемых сплавов при высоте заготовки И о = 70 мм.
Р,кН
1200 1000 800 600 400 200 О
1 ЗТ6
\ А Мг 4
Р,кН
2500 2000 1500 1000 500 О
ВТ6
АМг 4
0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75
0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75
h
а
б
Р,кН
ВТ(
\
V АМг4
0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75
в
Рис. 4. Зависимости изменения силы от относительной высоты деформируемой части заготовки: а - D = 50 мм; б - D = 70 мм;
в - D = 100 мм
На рис. 5 представлены зависимости изменения силы от относительной высоты деформируемой части заготовки (h = (H0 - H)/ H0) для исследуемых сплавов при высоте заготовки H0 = 100 мм.
Р,кН
ВТ6
Л ММ
Р.кН
ВТ в
Л МЛ
0,6 0,65 0,7 0,75
0,7 0,75
а
б
Рис. 5. Зависимости изменения силы от относительной высоты деформируемой части заготовки: а - D = 70 мм; б - D = 100 мм
Анализ рис. 5 и 6 показывает, что рост относительной высоты деформируемой части заготовки с 0,35 до 0,8 для заготовки диаметром 50 мм приводит к росту сил в 2,8 раз для диаметра заготовки 50 мм, в 2,9 раза для заготовки диаметром 70 мм и в 3 раза для заготовки диаметром 100 мм.
Рост относительной высоты деформируемой части заготовки с 0,55 до 0,85 для заготовок высотой 100 мм и диаметром 70 мм приводит к росту силы в 1,8 раза и для заготовок диаметром 100 мм приводит к росту силы в 1,4 раза.
На рис. 6 представлены зависимости изменения силы от диаметра заготовки для исследуемых сплавов при относительной высоте деформируемой части заготовки И = (Н0 - Н)/Н0 = 0,35.
Р,кН
6000 Б ООО 4000 3000 2000 1000 О
50 60 70 80 90 Д МЛ4
Рис. 6. Зависимости изменения силы от диаметра заготовки:
V = 10 мм / с; Н0 = 100 мм
На рис. 7 представлены зависимости изменения силы от диаметра заготовки для исследуемых сплавов при относительной высоте деформируемой части заготовки И = (Нд - Н)/ Нд = 0,8.
Р,кН
2500 2000 1500 1000 500 О
50
Рис. 7. Зависимости изменения силы от диаметра заготовки:
V = 10 мм / с; Н0 = 100 мм
Из рис. 6 видно, что увеличение диаметра заготовки с 50 до 100 мм при относительной высоте деформируемой части заготовки 0,35 приводит к росту силы в 4,2 раза. При относительной высоте деформируемой части заготовки 0,8 сила растет в 4,5 раза.
На рис. 8 представлены зависимости изменения силы от коэффициента трения при разных значениях скоростей деформирования.
504
ВТ6
\АМг 4
60 70 80 90 М.М
а
б
Рис. 8. Зависимости изменения силы от коэффициента трения:
а - V = 1 мм / с; б - V = 10мм / с; Б = 70 мм; Н0 = 100 мм; И = 0,75
Установлено, что при увеличении коэффициента трения с 0,05 до 0,25 сила вырастает на 25 % для исследуемых сплавов независимо от скорости деформирования.
На рис. 9 представлены зависимости изменения силы от скорости деформирования.
Р, кН
2200
ВТ6
АМгЛ
1 2 3 4 5 6 7 8 9 V. ММ/С
Рис. 9. Зависимости изменения силы от скорости деформирования:
V = 10мм/ с; D = 70 мм; H0 = 100 мм; h = 0,75
Установлено, что рост скорости перемещения деформирующего инструмента приводит к росту величины силы на 30 % для алюминия АМг4 и на 54 % для титанового сплава ВТ6.
Полученные результаты могут быть полезны при назначении технологических режимов и подборе оборудования при реализации схожей с исследуемой технологии. Судя по их анализу, сила наиболее зависит от степени деформации и температурно-скоростных режимов. Это необходимо учитывать при реализации технологий, в которых реализуется одновременная осадка и радиальное выдавливание.
Работа выполнена в рамках гранта РФФИ 20-08-00541.
Список литературы
1. Чудин В.Н., Пасынков А.А. Нестационарные процессы изотермической штамповки // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением. 2018. №6. С. 23-28.
505
2. Черняев А.В., Чудин В.Н., Тесаков Д.М. Последовательно-совмещенная вытяжка заготовки при вязкопластическом деформировании // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2019. № 1 (91). С. 3-7.
3. Ларин С.Н., Платонов В.И., Коротков В. А. Проектирование матрицы для вытяжки материалов, обладающих плоскостной анизотропией механических свойств // Цветные металлы. 2018. №7. С. 83-87.
4. Теория обработки металлов давлением: учебник для вузов / В. А. Голенков, С.П. Яковлев, С. А. Головин, С.С. Яковлев, В. Д. Кухарь / под ред. В.А. Голенкова, С.П. Яковлева. М.: Машиностроение, 2009. 442 с.
Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доцент, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Шивцова Анна Николаевна, студентка, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Чистяков Михаил Константинович, студент, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ASSESSMENT OF POWER MODES DURING SIMULTANEOUS RADIAL
EXTRUSION AND DEPOSIT
A.A. Pasynkov, A.N. Shivtsova, M.K. Chistyakov
By analyzing the results of computer simulation of the combined process of radial extrusion of part of the bar stock with simultaneous upsetting, an analysis of power regimes is performed. Dependences are obtained that establish the influence of the geometrical dimensions of the workpiece and the operation modes on the strength of the process under study.
Key words: extrusion, draft, normal stress, isothermal stamping.
Pasynkov Andrey Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Shivtsova Anna Nikolaevna, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Chistyakov Mikhail Konstantinovich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
