CC BY
3
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
повышает стойкость инструмента и качество получаемых изделий. Основным параметром для оценки качества заготовок, получаемых штамповкой является величина повреждаемости материала заготовки. Выполнено моделирование данного процесса с применением САЕ-систем. По результатам исследования установлено влияние геометрических характеристик процесса на повреждаемость материала заготовки.
Схема обратного выдавливания трубных заготовок приведены на рис. 1. Для анализа процесса были выбраны трубы диаметром 90 мм с толщиной стенки 9 мм. Материал заготовок углеродистая сталь
10. Температура заготовки 20°С. Угол конусности матрицы 11... 20°. Степени деформации
Б0 -
— =0,8...0,375. Коэффициент трения 0,05.0,15. Радиус скруления рабочей кромки пуансона
r =
t
1.6 мм.
На рис. 2 представлены графики изменения величины повреждаемости от редукции и угла конусности пуансона.
Рис. 1. Схема операции
(О
0,08 0,06 0,04 0,02 0
1 2 3 4
/ / / /
/ / 7 / —-—
/
0,4
0,5
0,6
0,7
Рис. 2. Графики изменения величины повреждаемости от редукции и угла конусности пуансона:
1 - а = 11°; 2 - а = 14°; 3 - а = 17°; 3 - а = 20°
Исходя из анализа полученных результатов было выявлено, что как рост угла конусности, так и
рост степени деформации (уменьшение величины r) ведет к увеличению значений повреждаемости материала заготовки. Увеличение степени деформации приводит также к росту объёмов зон с максимальными величинами повреждаемости. Максимальные величины повреждаемостей наблюдаются от зон выхода с очага деформации до краевых зон изделия.
Выполнена регрессионная оценка силовых режимов и параметров повреждаемости. Была сформирована таблица факторного пространства для оценки сил (табл. 1) [6, 7]. Величины сил и повреждаемости при выдавливании представлены в таблицах 2-3.
После проверки статистических гипотез уравнения регрессии в кодированных значениях факторов принимают следующий вид: сила
y = 1671 - 885X +120X2 +109X3 - 57X13;
повреждаемость
y = 0,05 - 0,023Xj + 0,0137X2 + 0,0026X3 - 0,0095X12 . В натуральных значениях факторов уравнения регрессии принимают следующий вид: сила
P = 3286 + 5600ц + 29,99а - 3855r - 5700r • ц;
повреждаемость
ю = -0,055 + 0,0105а + 0,075r + 0,052 • ц - 0,0118r • а.
Таблица 1
Факторное пространство оценки силы_
Факторы Уровни варьирования факторов
№ Наименование фактора Натуральное значение Кодированное обозначение X л 1 тт (X =-1) Х10 (X = 0) X л 1 тах (X, =+1)
1 Редукция Г Х1 0,4 0,6 0,8
2 Угол конусности пуансона а Х2 12 16 20
3 Коэффициент трения 1 Хз 0,05 0,1 0,15
Таблица 2
Значения силы
№ опыта У1 У2 У3 У
1 2300 2576 2093 2323
2 600 672 546 606
3 2480 2777,6 2256,8 2504,8
4 870 974,4 791,7 878,7
5 2622 2936,6 2386 2648,2
6 684 766,08 622,44 690,84
7 2827,2 3166,5 2572,8 2855,5
8 991,8 1110,8 902,54 1001,7
Таблица 3
Значения повреждаемости__
№ опыта У1 У2 У3 У
1 0,047 0,0526 0,0428 0,0475
2 0,021 0,0235 0,0191 0,0212
3 0,091 0,1019 0,0828 0,0919
4 0,029 0,0325 0,0264 0,0293
5 0,0522 0,0584 0,0475 0,0527
6 0,0233 0,0261 0,0212 0,0235
7 0,101 0,1131 0,0919 0,102
8 0,0322 0,0361 0,0293 0,0325
На рис. 6 даны графики изменения повреждаемости материала заготовки от угла а , редукции г и трения |, построенные по полученной регрессионной модели.
а б
в
Рис. 6. График зависимости ш от угла конусности инструмента:
а - || = 0,05; б - |д = 0,1; в - |д = 0,15; 1 - г = 0,4; 2 - г = 0,6; 3 - г = 0,8
Полученные графики изменения повреждаемости позволяют сказать, что наибольшее влияние на повреждаемость материала заготовки оказывает значение редукции. Ее изменение в интервале 0,4.0,8 ведет к росту ш в 8 раз. Рост а приводит к росту ш в 4 раз для r = 0,4 и на 20 % для r = 0,8.
Выполнен анализ повреждаемости материала трубной заготовки при ее обратном выдавливании. Установлены зоны заготовки, подверженные возможному разрушению. Получены результирующие зависимости влияния редукции, трения и углов конусности инструмента на повреждаемость. Выявлено, что для обеспечения минимально возможных величин повреждаемости необходимо соблюдение углов конусности инструмента а = 11... 14° и трения д = 0,05...0,1.
Работа выполнена в рамках гранта РФФИ 20-08-00401.
Список литературы
1. Ларин С.Н., Платонов В.И., Нуждин Г.А. Силовые режимы обратного выдавливания стальной трубы // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 2. С. 18 - 21.
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 отбортовки // 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.
5. Jennifer Tennera, Kolja Andreasa, Adrian Radiusa, Marion Merklein Numerical and experimental inves-tigation of a dry drawing of aluminum alloys with conventional and coated tool surfaces // Procedia Engineering, 2017. Volume 207. P. 2245-2250.
6. Junsong Jin, Xinyun Wang Lei, Deng Jiancheng Luo A single-step hot stamping-forging process for the aluminum alloy shell with nonuniform thickness, Journal of Materials Processing Technology. Volume 228,
2016. P. 170-178.
7. Dongbin Wei, Liang Luo, Hideki Satoc ZhengyiJiang, Kenichi Manabec Simulations of hydro-mechanical deep drawing using Voronoi model and real microstructure model // Procedia Engineering. Volume 207,
2017. P. 1033-1038.
8. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1968. 283 с.
9. Богатов А.А., Мижирицкий О.И., Смирнов С.В. Ресурс пластичности металлов при обработке давлением. М.: Металлургия, 1984. 144 с.
10. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977. 423 с.
Ларин Сергей Николаевич, д-р техн. наук, профессор, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ларина Марина Викторовна, канд. техн. наук, доцент, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Трегубов Виктор Иванович, д-р техн. наук, профессор, Россия, Тула, Тульский государственный университет
EVALUATION OF THE INFLUENCE OF THE GEOMETRIC CHARACTERISTICS OF BA CK-EXTRACTION OF PIPE BLANKS ON PROD UCT QUALITY
S.N. Larin, M.V. Larina, V.I. Tregubov
One of the highly efficient ways to extrude hollow parts with variable wall thickness is extrusion. The article considers the operation of manufacturing bushings with variable wall thickness along the height. Simulation of this process was performed, during which the influence of the geometric characteristics of the process and contact friction on the damage of the workpiece material was established. A regression assessment ofpower regimes and damage parameters was performed. Expressions derived on the basis of a regression study are obtained, which make it possible to determine the strength and damageability of the workpiece material. The resulting dependences of the influence of reduction, friction and taper angles of the tool on damageability are obtained.
Key words: reverse extrusion, cold deformation, force, damageability.
Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Larina Marina Viktorovna, candidate of technical sciences, docent, Russia, Tula, Tula State University, Tregubov Victor Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.77
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-354-356
ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПРИ КОМБИНИРОВАННОМ ВЫДАВЛИВАНИИ ЛАТУННОЙ ЗАГОТОВКИ
Я.В. Грибачев
Металлы и сплавы на их основе являются теми материалами, которые наиболее часто встречаются в различных отраслях промышленности, включая машино-, судо-, авиастроение, строительство, пищевая промышленность. В том числе используются и сплавы из цветных металлов, например, латунь. В связи с тем, что латунь является относительно дорогим материалом, то вопрос об эффективном ее использовании стоит остро, поэтому часто в качестве метода обработки этого материала используют обработку давлением, которая отличается низким отходом материала, в том числе данный метод применим потому что латунь хорошо поддается пластическому формоизменению. Поэтому в данной статье рассматривается вопрос об изготовлении методами обработки давлением, точнее выдавливанием, трубного полуфабриката с фланцевой частью, то есть изделия типа втулка. Рассматривается напряженно-деформированное состояние и анализируются интенсивности деформаций, интенсивности напряжений, средние напряжения в полуфабрикате при разной температуре инструмента и холодной заготовке. Делаются выводы о том, как влияет температура инструмента на напряженно-деформированное состояние в материале заготовки.
Ключевые слова: заготовка, деформации, комбинированное выдавливание, состояние, температура, инструмент, напряжения.
Металлы и сплавы на их основе являются теми материалами, которые наиболее часто встречаются в различных отраслях промышленности, включая машино-, судо-, авиастроение, строительство, пищевая промышленность. Это обусловлено физико-химическими и механическими характеристиками, так как за счет объединения различных металлов в сплаве, последний может получать самые различные качества [1-5]. В том числе используются и сплавы из цветных металлов, например, латунь. В связи с тем, что цветные металлы имеют высокую стоимость, в том числе латунь является относительно дорогим материалом, то вопрос об эффективном ее использовании стоит остро, поэтому часто в качестве метода обработки этого материала используют обработку давлением, которая отличается низким отходом материала, в том числе данный метод применим потому что латунь хорошо поддается пластическому формоизменению.
Ковочно-штамповочные процессы отличаются от резки, литья, электрохимических методов получения изделий, помимо высокого коэффициента используемого материала, еще и высокой скоростью изготовления. Поэтому в процессе штамповочного производства может произойти следующее: в результате трения и деформаций материал заготовки нагревается, при этом повышается температура и инструмента, которым осуществляют формоизменение, в результате быстрой штамповки и быстрой смены заготовки, последняя начинает нагреваться от инструмента. Такой нагрев заготовки может привести к изменению механических характеристик штампуемого материала, что может повлиять на конечные характеристики изделия. Поэтому в данной работе рассматривается такая ситуация и анализируется напряженно-деформированное состояние материала при его штамповке: холодным инструментом, инструментом подогретым до 500°С и до 1100°С. Работа выполнена с помощью компьютерного моделирования [6-10], осуществляемого в программе QForm. Штамповалась методом бокового и прямого выдавливания цилиндрическая заготовка со сквозным отверстием из сплава Л90 с целью получения осесимметричного изделия со сквозным отверстием и фланцевой частью. Таким образом были получены схемы распределения интенсивности деформаций (рис. 1), интенсивности напряжений (рис. 2) и средних напряжений (рис. 3).
При анализе влияния температуры инструмента на деформации в заготовке, было установлено, что интенсивность деформаций одинакова для всех рассматриваемых случаев, то есть совпадают величины и их распределение по заготовке, как на внешней ее поверхности, так и в сечениях. Максимальная величина интенсивности деформаций составляет 3,2.
В отличие от деформаций, напряженное состояние в материале меняется в зависимости от температуры. Однако при 500°С и 1100°С инструмента разницы практически нет, поэтому приведены изображения напряжений (рис. 2, 3) только для 20°С и 1100°С. При штамповке прогретым инструментом интенсивность напряжений достигает 300 МПа, при этом при холодном инструменте этот параметр достигает 450 МПа, что на 50% выше.
