CC BY
7
On the basis of a series of computer simulations, a study is being made of the process of flanging a sheet blank with the simultaneous implementation of thinning of the flanged material. The simulation results are presented and the technological force, deformations, stress intensities, average stresses during flanging are investigated. The highest values of these indicators are given for all studies carried out, a feature of which is the combination of flanging and thinning processes. The regularity of the influence of the friction coefficient on some process parameters at a fixed thinning value is revealed. The curves of the graph of the technological force depending on the movement of the punch at different Coulomb friction coefficients are given. Conclusions are drawn about how the Coulomb friction coefficient affects the stress-strain state: strain intensity, stress intensity, tensile stresses, as well as the technological force required to implement the process of combined flanging with material thinning. Recommendations are given on the best lubricant to use for this thinning flanging process.
Key words: deformations, stresses, technology, flanging, force, average stresses.
Voblikov Grigorii Alekseevich, student, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.77; 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-5-313-318
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ВЕЛИЧИНЫ КОНУСНОСТИ ИНСТРУМЕНТА НА СИЛУ ПРЯМОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ ТИТАНОВОЙ ТРУБЫ
С.Н. Михальченко, Б.С. Яковлев, Н.М. Чекмазов
Выдавливание тонкостенных оболочек является перспективной операцией изготовления конических переходников. Оно позволяет обеспечить формирование сложной геометрии, больших степеней деформации и благоприятного напряжённо-деформированного состояния. Однако процессы выдавливания сопровождаются значительными силовыми нагрузками. В статье рассмотрен процесс выдавливания трубы из сплава ВТ6 в горячем состоянии через инструмент с конической рабочей поверхностью при разных скоростях перемещения деформирующего инструмента. Выполнено моделирование исследуемой операции с использованием программного комплекса. Произведена оценка влияния конусности инструмента и скорости перемещения давящего элемента на силу операции. Получены графические зависимости влияния исследуемых величин на силу процесса. Установлены рациональные режимы деформирования с точки зрения обеспечения минимально возможных сил.
Ключевые слова: прямое выдавливание, горячее деформирование, геометрия, исследование.
В статье рассмотрена операция получения оболочек с разными диаметральными размерами относительно их высоты. Анализ источников показал, что наилучшим с точки зрения обеспечения максимальных степеней деформации с обеспечением требуемых качественных параметров является операция прямого выдавливания трубной заготовки. В статье рассмотрена операция горячего выдавливания трубы из титанового сплава ВТ6. На рис. 1 дана схема процесса. Размеры заготовки и инструмента в соответствии со схемой: Г) = 40 мм; г = 35 мм; Н = 40 мм; АН = 25 мм; г? = 32...38 мм; г3 = 30...34 мм; а = 25...650; р = 25...450; У0 = 1...60 мм/мин; ц = 0,3.
313
Выполнено моделирование исследуемой операции с использованием комплекса DEFORM при различных комбинациях представленных ранее размерах и скоростях деформирования. Ввиду того, что выдавливание сопровождается значительными силами, необходимо выполнение анализа силовых режимов выдавливания. Выполнено моделирование исследуемой операции с использованием программного комплекса. Произведена оценка влияния конусности инструмента и скорости перемещения давящего элемента на силу операции. Получены графические зависимости влияния исследуемых величин на силу процесса. Установлены рациональные режимы деформирования с точки зрения обеспечения минимально возможных сил.
Рис. 1. Схема выдавливания трубы в конический инструмент: 1 — заготовка; 2 — матрица; 3 — пуансон; 4 - оправка
Исследовано влияние степени деформации, определяемой как разница поперечных сечений заготовки на входе в очаг деформации и выходе из него г = (г2 — Гз)/(г0 — 1) на энергосиловые параметры процесса. На рис. 2 представлены графики влияния конусности на матрице и оправке на силу выдавливания изделий при г3/ г = 0,97 и г = 0,6.
Анализ графиков, представленных выше, позволяет сказать, что увеличение углов на матрице и оправке приводит к росту сил деформирования. Причем при разных скоростях деформирования характер изменения сил отличается. При меньших скоростях деформирования увеличение угла конусности на матрице приводит к более неравномерному росту сил. Так с ростом а при V = 1 мм/мин сила увеличивается на 40 %. При V = 20 мм/мин с ростом а сила растет на 20 %. При V = 60 мм/мин с ростом а сила растет на 15 %.
Выявлено, что с ростом угла конусности на оправке Р при скорости деформирования V = 1 мм/мин для больших значений угла а сила увеличивается на 6 %, для меньших значений угла а сила увеличивается на 15 %. При скорости деформирования
V = 20 мм/мин для больших значений угла а сила увеличивается на 6 %, для меньших значений угла а сила увеличивается на 12 %. При скорости деформирования V = 60 мм/мин для больших значений угла а сила увеличивается на 3 %, для меньших значений угла а сила увеличивается на 7 %. Рост скоростей деформирования приводит к росту сил в среднем в 7...8 раз. На рис. 3 представлены графики влияния конусности инструмента на силу при выдавливании изделий при 13 / Г1 = 0,97 и г = 0,4.
Установлено, что увеличение угла конусности на матрице а при V = 1 мм/мин для меньших углов конусности оправки сила растет на 50 %, при больших на 25 %. При
V = 20 мм/мин с ростом а сила растет на 22 %. При меньших углах конусности оправ-
ки сила растет на 22 %, при больших на 20 %. При V = 60 мм/мин с ростом а сила растет на 18 %. При меньших углах конусности оправки сила растет на 18 %, при больших на 17 %.
Р,Н
40000 30000 20000 10000 о
25
35
3
45
а
55
Р,Н
300000 250000 200000 150000 100000 50000 О
а,градус
Р,Н
250000 200000 150000 100000 50000 О
25
\ \
■1 ч3
35
45
55
а,градус
Х1 х2 ч3
а,градус
Рис. 2. Сила выдавливания изделий при различных скоростях деформирования
(го = 40 мм; Г1 = 35 мм; г = 0,6 ; Г3 = 0,97г): а - V = 1 мм/мин; б - V = 20 мм/мин; в - V = 60 мм/мин; 1 - р = 25°; 2 - р = 35°; 1 - р = 45°
б
в
Установлено, что с ростом угла конусности на оправке р при скорости деформирования V = 1 мм/мин для больших значений угла а сила увеличивается на 8 %, для меньших значений угла а сила увеличивается на 28 %. При скорости деформирования
V = 20 мм/мин для больших значений угла а сила увеличивается на 5 %, для меньших значений угла а сила увеличивается на 10 %. При скорости деформирования V = 60 мм/мин для больших значений угла а сила увеличивается на 4 %, для меньших значений угла а сила увеличивается на 7 %. Рост скоростей деформирования при рассмотренных степенях деформирования приводит к росту сил в среднем в 4.. .5 раз.
На рис. 4 представлены графики влияния конусности инструмента на силу при выдавливании изделий при Г3 / Г = 0,97 и г = 0,8.
Из рис. 4 видно, что при меньших степенях деформации справедлив тот же характер изменения сил что и для больших степеней деформации. В частности, увеличение угла конусности на матрице а при V = 1 мм/мин при меньших углах конусности оправки сила растет на 50 %, при больших на 40 %. При V = 20 мм/мин с ростом а для меньших углах конусности оправки сила растет на 50 %, при больших на 37 %. Установлено, что с ростом угла конусности на оправке р при скорости деформирования
V = 1 мм/мин для больших значений угла а сила увеличивается на 80 %, для меньших значений угла а сила увеличивается на 71 %. При скорости деформирования V = 20 мм/мин для больших значений угла а сила увеличивается на 51 %, для меньших значений угла а сила увеличивается на 38 %. Рост скоростей деформирования при рассмотренных степенях деформирования приводит к росту сил в среднем в 4.6 раз.
Р,Н
140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0
1 2 -з
РМ
500000 400000 300000 200000 100000
N
Х N3
55 а, граду с
55 а,градус
Р,Н
бООООО 500000 4UOOOL)
тотоо 200000 100000 о
NN \
ьь а,граду с
Рис. 3. Графики изделий при 13 / ту
РМ
40000 30000
20000 10000
о
влияния конусности инструмента на силу при выдавливании
= 0,97 и г = 0,4: а -V = 1 мм/мин; б - V = 20 мм/мин; в - V = 60 мм/мин; 1 - р = 25°; 2 - р = 35°; 1 - р = 45°
Р,Й
Л \
\
200000
150000
100000
50000
25
35
45
а
55 а,градус
4 2 3
25
35
45
б
55 а,градус
Рис. 4. Графики изделий при 13 / ту-
влияния конусности инструмента на силу при выдавливании
= 0,97 и г = 0,8: а -V = 1 мм/мин; б - V = 20 мм/мин; 1 - р = 25° ; 2 - р = 35°; 1 - р = 45°
Таким образом по результатам анализа полученных данных можно сказать, что рациональными режимами для рассматриваемой операции является деформирование в интервале скоростей 1.. .10 мм/мин при углах конусности а = 25...400 и ß = 25...350
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант РФФИ № 20-08-00541.
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. 440445.
б
а
в
3. 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.
4.Теория обработки металлов давлением / под ред. Голенкова В.А. и др. М. Машиностроение. 2009. 442 с.
5. Чудин В.Н., Черняев А.В. К расчету процессов осесимметричного вязкопла-стического деформирования // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып.7. 2017. С. 42 - 47.
6. Перепелкин А.А., Черняев А.В., Чудин В.Н. Горячее выдавливание внутренних концевых утолщений на корпусах // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 1. С. 191 - 202.
7. Колмогоров В.Л. Механика обработки и металлов давлением. М. Металлургия. 1986. 688 с.
8. Shengfa Zhua, Xincun Zhuanga, Dongkai Xucd, Yin Zhua, Zhen Zhao Flange forming at an arbitrary tube location through upsetting with a controllable deformation zone // Journal of Materials Processing Technology. 2019. Volume 273. 116230.
9. Alves L.M., Afonso R.M., Silva C.M.A., Martins P.A.F.Joining tubes to sheets by boss forming and upsetting // Journal of Materials Processing Technology. Volume 252, 2018. P. 773-781.
10. Anees Al-Tamimia, Rooholamin Darvizeha, Keith Davey Experimental investigation into finite similitude for metal forming processes // Journal of Materials Processing Technology. 2018. Volume 262. P. 622-637.
Михальченко Сергей Николаевич, аспирант, magistr_tsu@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Яковлев Бори Сергеевич, канд. техн. наук, доцент, bor_yak@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Чекмазов Никита Михайлович, студент, olya-gurova-2016@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
EVALUATION OF THE INFLUENCE OF THE TOOL TONER VALUE ON THE FORCE OF
DIRECT EXTRACTION OF A TITANIUM PIPE
S.N. Mikhalchenko, B.S. Yakovlev, N.M. Chekmazov
The extrusion of thin-walled shells is a promising operation for the manufacture of conical adapters. It allows for the formation of complex geometry, large degrees of deformation. It allows for the formation of complex geometry, large degrees of deformation and a favorable stress-strain state. However, extrusion processes are accompanied by significant power loads. The article considers the process of extrusion of a pipe made of VT6 alloy in a hot state through a tool with a conical working surface at different speeds of movement of the working tool. The simulation of the operation under study was performed using the complex. An assessment was made of the influence of the tool taper and the speed of movement of the pressing element on the force of the operation. Graphic dependences of the influence of the studied quantities on the strength of the process are obtained. Rational modes of deformation are established from the point of view of ensuring the minimum possible forces.
Key words: direct extrusion, hot deformation, geometry, research.
Mikhalchenko Sergey Nikolaevich, postgraduate, magistr_tsu@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Yakovlev Boris Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, bor_yak@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Chekmazov Nikita Mikhailovich, student, olya-gurova-2016@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.983
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-5-318-322
ПОЛУЧЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ СО СЛОЖНОЙ ФОРМОЙ КОМБИНИРОВАННЫМ
ВЫДАВЛИВАНИЕМ
А.В. Алексеев
В настоящей работе рассматривается вопрос об изготовлении детали комбинированным выдавливанием со сложной конфигурацией наружной и внутренней поверхности. Оценка и исследование комбинированного выдавливания проводится с помощью метода компьютерного моделирования. Приводится изображение получаемого способом обработки металлов давлением полуфабриката, у которого имеется внутренняя полость на верхней поверхности, образованная тонкими стенками, а также несколько выступов. Один из выступов расположен на нижней поверхности и имеет сложную форму профиля, образованная совокупностью изгибающихся линий. Приводится график технологической силы, также полученный исходя из компьютерного моделирования. Проводится не только исследование возможности получения такой детали комбинированным выдавливанием, но и анализируются средние напряжения, которые образуются при обработке заготовки давлением, поэтому приведены изображения распределения сжимающих и растягивающих напряжений в полуфабрикате на финальной стадии изменения формы. Делаются выводы о возможности применения комбинированного выдавливания для получения детали со сложной конфигурацией, а также приводятся результаты исследований технологических параметров операции.
Ключевые слова: комбинированное выдавливание, холодная штамповка, моделирование, алюминиевый сплав, выступы.
Применение методов обработки металлов давлением и высокая их применяемость в производстве обусловлено целым рядом причин [1-5]:
- Высокая производительность;
- Получение требуемой микроструктуры;
- Высокий коэффициент использования металла;
- Возможность автоматизации и механизации процессов;
- Относительно невысокая стоимость единицы изделия.
Все эти преимущества делает обработку давлением важной частью производственных процессов и позволяют получить требуемое металлическое изделие. Так одной из операций ОМД является выдавливание, которое может быть: боковым, обратным, прямым и комбинированным. Всеми этими методами происходит формирование конечного изделия из металлической заготовки. Комбинированное выдавливание является сложным технологическим процессом, в котором требуется учесть множество особенностей: механические свойства материала, трение, температуру штамповки, геометрию инструмента и т.п. В данном случае рассмотрим возможность использования комбинированного холодного выдавливания детали втулка с выступами. При этом форму такая деталь имеет сложную, имеется внутренняя полость в верхней части полуфабриката образованная стенками, толщиной 4 мм, также на нижней поверхности изделия выполняется выступ, помимо этого, имеется 2 выступа расположенных по две противоположенные стороны изделия.
