CC BY
3
ТЕХНОЛОГИИ И МАШИНЫ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ
УДК 621.77; 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-541-545
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ СТЕПЕНИ ДЕФОРМАЦИИ НА СИЛЫ И НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ В ОЧАГЕ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ ВЫСАДКЕ УТОЛЩЕНИЙ
А.А. Пасынков, К.С. Ремнев, Н.А. Усенко, Г.А. Нуждин
Для создания фланцевых утолщений на корпусных элементах гидроаппаратуры применяют методы объемного горячего деформирования. Процессы формообразования позволяют при этом добиться большей эффективности производства. При формоизменении прочных и стойких к внешним воздействиям материалов требуется обеспечение режима деформирования в узких диапазонах режимов обработки. В связи с этим, в статье рассмотрена операция высадки утолщений на трубах в горячих условиях при медленных скоростях деформирования. Установлено влияние режимов деформирования, степеней деформации на силы штамповки и максимальные значения напряжений в изделии.
Ключевые слова: высадка, трубы, сила, деформирование, ползучесть, вязкость.
В процессе работы элементов гидротрубопроводов, возникают значительные нагрузки на элементы гидросистемы. Особенный интерес представляют различного рода переходники и гидроцилиндры с фланцевыми утолщениями. Поэтому необходимым является применение специальных материалов для изготовления элементов таких систем. В статье рассмотрена схема получения таких изделий пластическим формоизменением, а именно локальным формоизменением торцовой части трубной заготовки. В частности, рассмотрена операция высадки. Высадка рассмотрена для заготовок, изготовленных из устойчивого к внешним условиям металлического материала - ВТ6. Данный материал отличается значительным сопротивлением пластическому формоизменению. Поэтому важным является подбор температурно-скоростных условий операции. Важным является подбор такого сочетания скорости деформирования и температур, обеспечивающего формирование геометрии изделий, наилучшее напряженное состояние заготовок и минимальные силы на деформирующем инструменте. В процессе моделирования предполагалось использование трубных заготовок с диаметрами ввн = 50 мм; внар = 60 мм. Высота заготовки
принималась равной H0 = 100 мм. Высота недеформируемого участка заготовки принималась равной Hматр = 70. 85 мм. исследование выполнено на базе анализа результатов моделирования в комплексе
DEFORM.
Схема операции показана на рис. 1.
Важным является соблюдение условий обеспечивающих минимальную неравномерность деформации и минимальные растягивающие напряжения. Исследовалось влияние скорости деформирования, температур заготовки и относительной высоты деформируемого элемента заготовки равного H = Hматр / H0 . Ниже представлены исследования для разных значений относительной высоты деформируемого элемента заготовки. На рис. 2 даны графики зависимости сил на деформирующем элементе оснастки от относительной величины хода инструмента h = Ь1инстр /(Hк - Hматр)
(и = 0,25, Ah = Hк /H0 = 0,9; H = H /H0 = 0,9 ). Данная зависимость соответствует минимальной степени деформации, при котором утолщение формируется в нужном объеме.
На данном графике представлены результаты исследований высадки при разных температурах формоизменения. Из полученных результатов видно, что при высадке в полугорячих условиях деформирования силы штамповки в 4.. .10 раз больше чем для условий горячего деформирования.
На рис. 3 даны зависимости растягивающих напряжений в изделии от относительной величины хода инструмента (и = 0,25, Ah = Hк /H0 = 0,9 ).
машр
А
'нар
Рис. 1. Схема высадки трубной заготовки.
РЛ
1ч
4Ч 2
- ,_Л
О 0,2 0,4 0,6 0,8 ^
Рис. 2. Зависимости сил на деформирующем кольце от относительной величины хода инструмента: 1 - Т = 300°С; V = 50 мм/мин; 2 - Т = 900°С; V = 50 мм/мин; 3 - Т = 900°С; V = 3 мм/мин; 4 - Т = 900°С; V = 600 мм/мин
сг,МПа
1200 1000 800 600 400 200 О
^ /—^ |
"V] " \ }
1 XI
I"—
Г /2 3 4
Г-- / —
0,2 0,4 0,6 0,8 ^
Рис. 3. Зависимости растягивающих напряжений в изделии от относительной величины хода инструмента: 1 - Т = 300°С; V = 50 мм/мин; 2 - Т = 900°С; V = 50 мм/мин; 3 - Т = 900°С; V = 3 мм/мин; 4 - Т = 900°С; V = 600 мм/мин
Из полученных результатов на рис. 3 видно, что, помимо значительного снижения растягивающих напряжений (при полугорячем деформировании они больше в 8 раз) при реализации горячего пластического формоизменения обеспечивается меньшая неравномерность напряженного состояния. Со снижением скорости формоизменения изменение напряжений в зоне деформаций становится более равномерным.
Рассмотрим изменение напряженного состояния и силы при большей степени формообразования Н = /Н0 = 0,78. На рис. 4 даны зависимости сил на деформирующем кольце от относительной
величины хода инструмента.
На рис. 5 даны зависимости растягивающих напряжений в изделии от относительной величины хода инструмента.
Из полученных зависимостей видно, что с увеличением степени АН в 2 раза деформации силы деформирования увеличиваются в 4.. .5 раз и растягивающие напряжения в 3 раза. Снижение величин скоростей формообразования с 600 мм/мин до 3 мм/мин позволяет добиться снижения силы деформирования в 2,5 раза. Напряжения с уменьшением скоростей деформирования так же снижаются в 2 раза.
На рис. 6 представлены зависимости изменения сил на деформирующем пуансоне от относительной высоты деформируемого элемента заготовки равного Н = Н\ / Нз.
Р,Н
700000 600000 500000 400000 300000 200000 100000 о
О 0,2 0,4 0,6 0,8 ^
Рис. 4. Зависимости сил на деформирующем кольце от относительной величины хода инструмента: 1 - Т = 900°С; V = 50 мм/мин; ДН = Нк /Н0 = 0,9; 2 - Т = 900°С; V = 50 мм/мин;
ДН = Нк / Н0 = 0,85; 3 - Т = 900°С; V = 3 мм/мин; АН = Нк /Н0 = 0,85 ; 4 - Т = 900°С;
V = 600 мм/мин; ДА = Нк /Н0 = 0,85; 5 - Т = 900°С; V = 50 мм/мин; ДН = Нк /Н0 = 0,8
5 \
2.
3
4ч 1
1 ---—
Рис. 5. Зависимости растягивающих напряжений в изделии от относительной величины хода инструмента: 1 - Т = 900°С; V = 50 мм/мин; ДН = Нк /Н0 = 0,9; 2 - Т = 900°С; V = 50 мм/мин;
ДА = Нк /Н0 = 0,85; 3 - Т = 900°С; V = 3 мм/мин; ДН = Нк / Н0 = 0,85 ; 4 - Т = 900°С ;
V = 600 мм/мин; АН = Нк /Н0 = 0,85; 5 - Т = 900°С; V = 50 мм/мин; ДН = Нк /Н0 = 0,8
Рис. 6. Зависимости сил на деформирующем пуансоне от относительной высоты деформируемого элемента заготовки: Т = 900°С; V = 50 мм/мин; /и = 0,25; ДН = Нк /Н0 = 0,85
На рис. 7 представлены зависимости изменения сил на деформирующем пуансоне от скорости деформирования.
Установлено, что увеличение относительной высоты деформируемого элемента заготовки приводит к росту сил на деформирующем пуансоне в 2 раза. Увеличение скорости деформирования приводит к росту сил на деформирующем пуансоне в 2,2 раза.
На рис. 8 представлены зависимости изменения сил на деформирующем пуансоне от температуры деформирования.
Рис. 7. Зависимости сил на деформирующем пуансоне от скорости деформирования Т = 900°С ; И = И1/И0 = 0,78; ¡и = 0,25; АИ = Ик /И0 = 0,85
Рис. 8. Зависимости сил на деформирующем пуансоне от температуры деформирования:
АИ = Ик /И0 = 0,85 ; V = 50 мм/мин; и = 0,25; И = Их/И0 = 0,78
Из рис. 8 видно, что рост температуры деформирования приводит к снижению сил на деформирующем пуансоне в 9 раз.
Таким образом, полученные результаты позволяют выбрать рациональные режимы деформирования с точки зрения обеспечения предпочтительного напряженного состояния и минимальных сил деформирования.
В статье представлены результаты аналитического определения температурно-скоростных условий операции, обеспечивающих рациональные режимы деформирования с точки зрения обеспечения благоприятного напряженного состояния и минимальных сил формоизменения. Определено сочетание скоростей деформирования и температур, обеспечивающих точное формирование геометрии изделий. Результаты могут быть использованы при реализации технологий изготовления деталей типа переходник и гидроцилиндр с фланцевыми утолщениями, отличающихся наилучшими прочностными характеристиками и обладающих стойкостью к внешним воздействиям. В частности установлено, что наилучшие геометрические характеристики изделий, минимальную неравномерность напряжений и минимальные силы высадки, обеспечиваются при следующих условиях: Т = 900...950°С, V = 3...15 мм/мин; ¡и = 0,25;
И = 0,83...0,87.
Статья выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, грант № 23-2900470.
Список литературы
1. 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.
2. Черняев А.В., Чарин А.В., Гладков В.А. Исследование силовых режимов радиального выдавливания внутренних утолщений на трубных заготовках // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 10. С. 440-445.
3. Голенков В.А., Яковлев С.П., Головин С.А., Яковлев С.С., Кухарь В.Д. Теория обработки металлов давлением. Учебник для вузов: под ред. В.А. Голенкова, С.П. Яковлева. М.: Машиностроение, 2009. 442 с.
4. Пасынков А.А., Ларин С.Н., Исаева А.Н. Теоретическое обоснование схемы обратного изотермического выдавливания трубной заготовки с активным трением и вытяжкой ее краевой части // Заготовительные производства в машиностроении. 2020. №10. С. 462-465.
Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доцент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Усенко Николай Антонович, д-р техн. наук, профессор, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ремнев Кирилл Сергеевич, д-р техн. наук, доцент, sulee@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Нуждин Георгий Анатольевич, канд. техн. наук, доцент, заместитель генерального директора, nuzhdin.65@mail.ru, Россия, Москва, ООО НПФ «Техполиком»
EVAL UATION OF THE INFL UENCE OF THE DEGREE OF DEFORMATION ON THE FORCES AND STRESS STATE IN THE HOUSE OF DEFORMA TION DURING REFILLING
A.A. Pasynkov, K.S. Remnev, N.A. Usenko, G.A. Nuzhdin
To create flange thickenings on the body elements of hydraulic equipment, methods of volumetric hot deformation are used. The shaping processes make it possible to achieve greater production efficiency. When forming materials that are strong and resistant to external influences, it is necessary to ensure the deformation mode in narrow ranges of processing modes. In this regard, the article considers the operation of upsetting thickenings on pipes under hot conditions at slow deformation rates. The influence of deformation modes, degrees of deformation on the forces of stamping and the maximum values of stresses in the product is established.
Key words: upsetting, pipes, force, deformation, creep, viscosity.
Pasynkov Andrey Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Usenko Nikolay Antonovich, doctor of technical sciences, professor, Russia, Tula, Tula State
University,
Remnev Kirill Sergeevich, doctor of technical sciences, docent, sulee@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
George George Anatolyevich, candidate of technical sciences, docent, deputy general director, nuzhdin.65@mail.ru, Russia, Moscow, LLC NPF «Techpolikom»
УДК 620.22
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-545-550
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ УПРОЧНЯЮЩИХСЯ МЕТАЛЛОВ
Л.К. Горшков, Е.Л. Лебедев, И.А. Уртминцев, К.В. Румянцев
Представлены аналитические зависимости оценивания предельных характеристик упрочняющегося металла, основанные на определении величины образующейся энтропии пластическом деформировании предлагается способ определения предельных термодинамических характеристик, основанный на результатах испытаний металла при простом растяжении при различных температурах.
Ключевые слова: пластическая деформация, предельное состояние металла.
Ряд объектов энергомашиностроения, ракетной и космической техники, в которых применяются различные тепловые циклы, содержат конструктивные элементы, работающие в сложных условиях повторяющихся изменений высоких напряжений и температур. К ним относятся лопатки газовых турбин турбонасосных аппаратов жидкостных ракетных двигательных установок (ЖРДУ) и тепловых электростанций, оболочки тепловыделяющих элементов ядерных реакторов, камеры сгорания ЖРДУ и другое оборудование.
В ряде случаев при эксплуатации подобных систем допускается переход напряженно- деформированного состояния некоторых конструктивных элементов в зону пластического деформирования. Это требует при выборе конструктивных характеристик таких элементов учитывать возможность достижения предельного состояния металла конструктивных элементов, обусловленных переходом в пластическую зону.
