CC BY
8
ТЕХНОЛОГИИ И МАШИНЫ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ
УДК 621.77; 621.7.043 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-3-3-6
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ВЕЛИЧИНЫ УТОНЕНИЯ СТЕНКИ НА ПРОЦЕСС ОБЖИМА ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ
С.Н. Ларин, В.И. Платонов, П.В. Романов
Рассмотрена операция обжима стальной трубной заготовки с регулируемой величиной зазора между инструментами на выходе из очага деформации. Выполнены исследования по установлению влияния величины зазора на напряженно-деформированное состояние и силу обжима.
Ключевые слова: обработка давлением, обжим, сила, комбинированная операция.
Реализация совмещенных процессов в обработке металлов давлением позволяет решить несколько разных задач. В частности, реализацией нескольких операций за один ход возможно повысить производительность труда, качество и функциональные свойства изделий. Рассмотренный в работе обжим стальной трубной заготовки с одновременной калибровкой стенки позволяет решить данные задачи при производстве переходников. Однако для решения таких задач требуется их научное обоснование. В работе [1] рассмотрена операция обжима трубной заготовки с утонением стенки. В частности, выявлено влияние конусности инструмента на основные параметры процесса. Определены рациональные углы конусности. В данной статье подробно исследовано влияние коэффициента утонения стенки, варьирование которого обеспечивается величиной зазора между инструментами на выходе из очага деформации на напряжения в очаге деформаций и на выходе из него, деформации и силы.
Исследование данного процесса было выполнено на основе его моделирования в DEFORM. Исходной заготовкой являлась стальная труба наружным диаметром Д = 80 мм . Материал заготовки - сталь 10. Толщина стенки заготовки s = 5 мм. Коэффициент утонения при обжиме с калибровкой оценивался зависимостью кут = (£>0 - А)/(Дм — Дп). Коэффициент обжима выбирался из интервала
к-обж = D /Дм =0,7...0,9. В работе [1] выявлено влияние конусности инструмента на основные параметры процесса. Исходя из данных, полученных в данной работе угол принимался равным a = 12° . Условием остановки расчета считалось достижение стенкой заготовки на выходе из зоны обжима высоты 20 мм.
На рис. 1 показана схема операции обжима с калибровкой.
Была выполнена оценка влияния степени утонения при разных коэффициентах обжима на величину силы на матрице. на рис. 2 представлен график влияния коэффициента утонения на силу.
'■0 А«
1 1_ А» 1
Рис. 1. Схема обжима с калибровкой: 1 — матрица; 2 — оправка;
3 — заготовка
РМ
0,775 0,8 0,825 0,85 0,875 0,9 0,925 0,95 0,975
Рис. 2. График зависимости Р, Н от кут :
1 — кобж = 07; 2 — кобж = °>8; 3 — кобж =
На данном графике разрывы в кривых означают потерю устойчивости заготовки в процессе деформирования (то есть место, где прерывается кривая означает коэффициент утонения, после уменьшения которого происходит потеря устойчивости в заготовке). Установлено, что увеличение коэффициента утонения с 0,775 до 1 при кобж = 0,9 приводит к снижению сил в три раза. Увеличение коэффициента утонения с 0,825 до 1 при кобж = 0,8 приводит к снижению сил в два раза. Увеличение коэффициента утонения с 0,9 до 1 при кобж = 0,7 приводит к снижению сил в 1,4 раза.
Установлено влияние степени утонения на максимальные растягивающие и сжимающие напряжения в заготовке в элементе заготовке, подвергаемом утонению. На рис. 3 даны зависимости изменения напряжений от степени утонения и коэффициента обжима.
Выявлено, что рост коэффициента утонения с 0,775 до 1 при кобж = 0,9 приводит к снижению растягивающих напряжений в исследуемом элементе заготовки в 2,5 раза, сжимающих в 4 раза. Увеличение коэффициента утонения с 0,825 до 1 при кобж = 0,8 приводит к снижению сжимающих напряжений в исследуемом элементе заготовки в 2 раза. Увеличение коэффициента утонения с 0,9 до 1 при кобж = 0,7 приводит к снижению сжимающих напряжений в 1,6 раза.
4
Технологии и машины обработки давлением
ст, МПа
1
>
>- 2
3
0,775 0,8 0,825 0,85 0,875 0,9 0,925 0,95 0,975
\ут
а, МПа
0,775 0,8 0,825 0,85 0,875 0,9 0,925 0,95 0,975 ^
ут
б
Рис. 3. График зависимости а, МПа от кут: а — для сжимающих напряжений; б -для растягивающих напряжений;
1 - кобж = 0 7; 2 - кобж = °>8; 3 - кобж =
Установлено влияние степени утонения на максимальные значения деформаций в заготовке. На рис. 4 даны зависимости изменения деформации от степени утонения и коэффициента обжима.
1
- 2 ! -
3 "—- —
0,775 0,3 0,825 0,85 0,375 0,9 0,925 0,95 0,975
пут
Рис. 4. График зависимости значений деформаций от кут:
1 - кобж = °>7; 2 - кобж = °>8; 3 - кобж =
Установлено, что рост коэффициента утонения с 0,775 до 1 при кобж = 0,9 приводит к снижению максимальных значений деформаций в исследуемом элементе заготовки в 2,5 раза. Увеличение коэффициента утонения с 0,825 до 1 при кобж = 0,8 приводит к снижению максимальных значений деформаций в исследуемом элементе заготовки в 1,45 раза. Увеличение коэффициента утонения с 0,9 до 1 при кобж = 0,7 приводит к снижению максимальных значений деформаций в 1,35 раза.
5
а
Анализ полученных в ходе исследования результатов позволяет сказать, что при обжиме с калибровкой ключевую роль на силовые характеристики процесса и напряженно деформированное состояние оказывает коэффициент утонения. Кроме всего данный процесс имеет ограничения, связанные с комбинацией коэффициента утонения в сочетании с коэффициентом обжима. В случае превышения допустимых значений коэффициента утонения заготовка теряет устойчивость в процессе деформации. Установлено, что максимальными значениями коэффициента утонения без образования складок являются k^ = 0,775 при = 0,9; k^ = 0,825 при = 0,8 и k^ = 0,9
при кобж = 0,7
Работа выполнена в рамках гранта РФФИ 20-08-00401.
Список литературы
1. Пасынков А.А., Аккуратнова А.С. Оценка напряженно-деформированного состояния и возможностей формоизменения тонкостенной трубной заготовки из сплава ВТ 14 при ее раздаче в изотермических условиях // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. Вып. 9. С. 286-290.
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 от-бортовки // 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.
Ларин Сергей Николаевич, д-р техн. наук, профессор, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Платонов Валерий Иванович, канд. техн. наук, доцент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Романов Павел Витальевич, аспирант, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ESTIMATION OF THE INFLUENCE OF THE VALUE OF WALL THINKING ON THE PROCESS OF COMPRESSION OF A PIPE BILLET
S.N. Larin, V.I. Platonov, P. V. Romanov
The article discusses the operation of crimping a steel pipe billet with an adjustable gap between the tools at the exit from the deformation zone. Research has been carried out to establish the effect of the gap size on the stress-strain state and the crimping force.
Key words: pressure treatment, crimping, force, combined operation.
Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Platonov Valeriy Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Romanov Pavel Vitalievich, postgraduate, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
