CC BY
3
Alekseev Aleksandr Vladimirovich, undergraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Scientific advisor: Pasynkov Andrej Aleksandrovich, candidate of technical science, docent, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-1-534-537
ПОЛУЧЕНИЕ ИЗДЕЛИЙ С НАРУЖНЫМИ РЕБРАМИ ПЛАСТИЧЕСКИМ
ДЕФОРМИРОВАНИЕМ
С.Н. Ларин, С.С. Яковлев, И.С. Хрычев
Существует ряд способов и устройств для создания ребер на оболочках, однако аналоги имеют низкую производительность, что приводит к увеличению стоимости конечного продукта, к тому же требуется специализированное оборудования. Поэтому требуется разработка новых методов получения ребристых наружных поверхностей на цилиндрических изделиях, которые могут применяться в качестве ребер жесткости или корпусов теплообменников. Был разработан новый способ оребрения, который заключается в локальном пластическом формоизменении вытяжкой с утонением. В работе приводятся схемы перед началом формоизменения и трехмерная форма получаемого изделия, а также график технологической нагрузки усилие-путь. В работе описываются основные аналоги разрабатываемого метода, основные достоинства способа, а также оценивается новый способ с помощью компьютерного моделирования. Делаются выводы о том, возможно ли применять способ для получения цилиндрических оболочек с ребрами на наружной поверхности.
Ключевые слова: ребра, локальное пластическое формоизменение, метод, деформирование, ребра жесткости.
Изделия с ребрами на наружной поверхности применяются во многих отраслях промышленности и производства, например, в качестве корпусов, к которым предъявляются требования повышенной жесткости, или могут выступать в качестве деталей теплообменных аппаратов, у которых необходимо увеличивать теплообмен за счет увеличения площади внешней поверхности. Зачастую к ним предъявляют особые требования по качеству и точности изготовления, к тому же существует необходимость в снижении их себестоимости и повышении производительности, поэтому актуальным является разработка новых энергоэффективных способов получения таких изделий.
Существует ряд аналогов (способов и устройств) для создания ребер на оболочках. Например, известен способ производства труб с продольными наружными ребрами на роликовом стане [2]. Недостатком способа является низкая производительность, ограниченность числа формируемых ребер ввиду конструктивных особенностей.
Известен способ изготовления тонкостенных труб с наружными спиральными ребрами и устройство для его осуществления [3]. Недостатком способа изготовления тонкостенных труб с наружными спиральными ребрами с помощью скручивания является низкая производительность и большая трудоемкость.
Таким образом существующие аналоги имеют низкую производительность, что приводит к увеличению стоимости конечного продукта, к тому же требуется специализированное оборудование.
В предлагаемом же техническом решении такие детали изготавливаются локальным пластическим деформированием при помощи классических гидравлических прессов. К тому же при помощи новой технологии создания ребер возможно получение как продольных, так и наклоненных ребер высокого качества, что существенно расширяет область использования технологии.
Сущность новой разработанной технологии заключается в совмещении вытяжки с локальным утонением в специальной фасонной матрице и вращающимся вокруг свой оси пуансоном (рис. 1). При пластическом формоизменении происходит образование спиральных выступов на внешней поверхности заготовки, при этом возникает крутящий момент, под которым начинается вращение заготовки с пуансоном.
Для оценки предлагаемого способа оребрения были проведены компьютерные моделирования в программе QForm [4-10], при которых оценивались технологические параметры операции. Моделирование заключалось в том, что с алюминиевой заготовкой, изготовленной из алюминиевого сплава Д16, осуществляли вытяжку с локальным утонением стенки. Проводилось формоизменение заготовки типа стакан с толщиной стенки 3 мм и внешним диаметром 36 мм, при этом высота получаемых выступов (ребер) составляет 1,5 мм с углом подъема 30° и их количеством - 12 шт.
534
Рис. 1. Трехмерная модель инструмента и заготовки, используемая в компьютерном моделировании
В результате проведения операции получается изделие (рис. 2) с внешними ребрами.
Рис. 2. Получаемая деталь после операции
В результате моделирования была получена компьютерная трехмерная модель изделия с толщиной стенки 1,5...3 мм и спиральными ребрами на внешней поверхности, а также график технологической силы процесса (рис. 3).
во »
ш ли й 10 ЕЕ
С 1(1 30 ¿0 К Л1 ТЕ' К1 ЬО КИИ)
Инструтлен- I Деталь - Перемещен)*^ '"м
Рис. 3. График сила (кН) - перемещение (мм)
Было установлено, что в данном случае технологическая сила процесса составила в пике 52 кН. Стоит отметить, что в процессе формоизменения происходит увеличение высоты детали практически вдвое с 32 мм до 53 мм.
Таким образом по результатам компьютерного моделирования установлено, что с помощью локального пластического деформирования, реализуемой вытяжкой с локальным утонением, возможно получение изделий типа оболочка с наружными спиральными ребрами.
Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта ректора ТулГУ для обучающихся по образовательным программам высшего образования - программам магистратуры, №8951ГРР_М.
Список литературы
1. Горохов В.А. Основы технологии машиностроения. Лабораторный практикум: Учебное пособие / В.А. Горохов, Н.В. Беляков, Ю.Е. Махаринский. М.: Инфра-М, 2016. 688 с.
2. Авторское свидетельство № 1266582 A1 СССР, МПК B21B 21/00, B21C 37/22. Способ производства труб с продольными наружными ребрами на роликовом стане : № 3758688 : заявл. 04.05.1984 : опубл. 30.10.1986 / В.И. Ребрин, А.А. Павлов, Э.В. Никулин [и др.] ; заявитель Всесоюзный ордена трудового красного знамени научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт трубной промышленности.
3. Патент № 2521938 C1 Российская Федерация, МПК B21C 37/20. Способ изготовления тонкостенных труб с наружными спиральными ребрами и устройство для его осуществления: № 2013103476/02: заявл. 25.01.2013: опубл. 10.07.2014 / С.Ю. Заводчиков, Р.Д. Проскурин, В.Г. Смирнов,
B.В. Частиков; заявитель Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" (ОАО ЧМЗ).
4. Суслина В.А., Овчинников А.В. Оценка эффективности водородного пластифицирования титановых сплавов при штамповке выдавливанием с применением системы QFORM // Научные труды (Вестник МАТИ). 2012. № 19(91). С. 37-43.
5. Пасынков А.А., Недошивин С.В., Чекмазов Н.М. Силовые режимы прямого выдавливания титановой трубы // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. № 9.
C. 326-329.
6. QForm 2D/3D. Программа для моделирования процессов обработки металлов давлением Версия VX 8.2. Часть 4. Теоретические основы QForm. «КванторФорм», 2017. 179 с.
7. QForm 2D/3D Программа для моделирования процессов обработки металлов давлением Версия VX. Часть 2. Руководство пользователя. «КванторФорм», 2018. 431 с.
8. Кухарь В.Д., Коротков В.А., Яковлев С.С., Шишкина А.А. Комплексное исследование рифления внутренней поверхности цилиндрической оболочки локальным пластическим деформированием // Вестник машиностроения. 2023. Т. 102. № 1. С. 62-64.
9. Гасанов А.И. Комплексный анализ процесса штамповки головок крепежных изделий // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 7. С. 364-366.
10. Моделирование процессов в программе QForm для сертификации поковок / С. А. Стебунов, Н. В. Биба, А. В. Власов [и др.] // Естественные и технические науки. 2012. № 6(62). С. 521-523.
Ларин Сергей Николаевич, д-р техн. наук, профессор, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Яковлев Сергей Сергеевич, аспирант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Хрычев Иван Сергеевич, магистрант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
PROD UCTION OF PRODUCTS WITH EXTERNAL RIBS BY PLASTIC DEFORMATION S.N. Larin, S.S. Yakovlev, I.S. Khrychev
There are a number of analogs (methods and devices) for creating fins on shells, however, analogs have low productivity, which leads to an increase in the cost of the final product, and besides, specialized equipment is required. Therefore, it is necessary to develop new methods for obtaining ribbed outer surfaces on cylindrical products, which can be used as stiffeners or heat exchanger housings. A new method of finning has been developed, which consists in local plastic forming by drawing with thinning. The paper presents diagrams before the start of forming and the three-dimensional shape of the resulting product, as well as a graph of the technological load force-path. The paper describes the main analogues of the developed method, the main advantages of the method, and also evaluates the new method using computer simulation. Conclusions are drawn about whether it is possible to apply the method to obtain cylindrical shells with ribs on the outer surface.
Key words: ribs, local plastic deformation, method, deformation, stiffeners.
536
Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Tula, Tula State University.
Yakovlev Sergey Sergeevich, postgraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State
University.
Khrychev Ivan Sergeevich, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
