CC BY
7
УДК 621.77, 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-2-34-38
ПРЯМОЕ ВЫДАВЛИВАНИЕ ТИТАНОВОЙ ТРУБЫ В ИНСТРУМЕНТ С КОНИЧЕСКИМ РАБОЧИМ ПРОФИЛЕМ
А.А. Пасынков, В.И. Трегубов, И.С. Хрычев
В статье приводятся результаты моделирования прямого выдавливания трубы из сплава на основе титана ВТ6 в матрицу с коническим рабочим профилем в горячих условиях. Проанализировано влияние редукции, контактного трения, скоростей деформирования на силу операции.
Ключевые слова: прямое выдавливание, горячее деформирование, сила.
Для уменьшения толщины стенки у корпусных трубных оболочек наиболее применимо прямое выдавливание [1-4]. Процесс сопровождается всесторонним неравномерным сжатием и большими силами [3-6]. Операция осуществляется за счет разницы между толщиной заготовки 1 и величиной зазора между оправкой 4 (рис. 1) и матрицей 2. Наибольшее влияние на
D - D
данный процесс оказывает величина редукции r = —-опр и угол конусности а . Выпол-
D - D
^нар ^вн
нено исследование прямого выдавливания в целях установления рациональных с точки зрения сочетания минимальных сил и наилучшей геометрии инструмента. На рис. 1 дана схема процесса.
Рис. 1. Эскиз выдавливания трубы
Заготовка - труба из титанового сплава ВТ6. Температура обработки - 900°С . Для оценки силовых режимов были выбраны 2 типоразмера заготовки. Угол конусности оправки а = 25...65° . Скорость перемещения пуансона 1...60 мм/мин. Размеры 1-й заготовки Онар = 80
мм; Бвн = 70 мм. Диаметр оправки БоПр = 78...72 мм. Исследуемый диапазон степеней деформации г = 0,2...0,8. Размеры 2-й заготовки Бнар = 160 мм; Бвн = 145 мм. Диаметр оправки БоПр = 147...154 мм. Исследуемый диапазон степеней деформации г = 0,4...0,85 .
На рис. 2 представлены эскизы полученных в ходе моделирования моделей разных наружных диаметров при максимальных степенях деформации.
Для рассмотренных размеров заготовок были получены графические зависимости изменения силы выдавливания от степени деформации для рассмотренных размеров заготовки, представленные на рис. 3.
Рис. 2. Эскизы результатов моделирования
1 2
/ /
р,н
200000 150000 100000 50000 0
0,35 0,45 0,55 0,65 0,75 f
Рис. 3. График изменения P,кН от r (V = 1 мм/мин, ц = 0,3, а = 25°):
1 - DHap = 80 мм; DeH = 70 мм; 2 - DHap = 160 мм; DeH = 145 мм
Изменение величины силы от степени деформации носит гиперболический характер. С ростом степени деформации (уменьшением r с 0,8 до 0,35) сила выдавливания растет экспоненциально в 9 раз при диаметре заготовки DHap = 80 мм и в 20 раз при диаметре заготовки
DHap = 160 мм.
На рис. 4 представлена зависимость, иллюстрирующая поведение силы при разных скоростях деформирования для рассмотренных размеров заготовки при максимальных степенях деформации.
Р,Н
1000000 800000 600000 400000 200000 0
у0^ 2
К
-
/ _________
X
1
30
V, мм/мин
Рис. 4. График изменения Р,кН от V, мм/мин (ц = 0,3, а = 25°): 1 - Бнар = 80 мм, Ввн = 70 мм, г = 0,4...0,85 ; 2 - Бнар = 160 мм, Овн = 145 мм, г = 0,2...0,8
Установлено, что скорость деформирования одинаково влияет на изменение сил деформирования при выдавливании заготовок разных диаметров. Так для при диаметре заготовки Бнар = 80 мм с ростом V с 1 до 60 мм/мин сила растёт в 6,5 раза, как и для заготовки с диаметром Бнар = 160 мм.
На рис. 5 представлена зависимость, иллюстрирующая поведение силы в зависимости от угла конусности рабочей кромки оправки для рассмотренных размеров заготовки при максимальных степенях деформации.
Из данного рисунка выявлено, что изменение величины конусности оправки оказывает заметное влияние на силы деформирования. Причем характер изменения силы с ростом угла конусности меняется. Так до углов а = 50° сила выдавливания растет наиболее интенсивно. Для заготовок с Бнар = 80 мм сила в этом интервале увеличивается в 2,2 раза, для заготовок с
Бнар = 160 мм сила увеличивается в 2,0 раза. В интервале углов а = 50...65° для всех заготовок
сила растет на 5.. .10%.
Р,Н
351000 301000 251000 201000 151000 101000 51000 1000
4 2
А
/
25
35
45
55 а,градус
Рис. 5. График изменения Р, кН от а, градус (V = 1 мм/мин , ц = 0,3, а = 25°): 1 - Бнар = 80 мм, Бвн = 70 мм, г = 0,4...0,85 ; 2 - Онар = 160 мм, Бвн = 145 мм, г = 0,2...0,8
На рис. 6 дана зависимость изменения силы при выдавливании в зависимости радиуса скругления кромки оправки для рассмотренных размеров заготовки при максимальных степенях деформации. Установлено, что для рассмотренных размеров заготовки с ростом радиуса скругления кромки сила снижается на 20...25%.
р, Н
140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000
У
2
А
---
Я, мм
Рис. 6. График изменения Р, кН от Я, мм (V = 1 мм/мин , ц = 0,3, а = 25°): 1 - ^нар = 80 мм, Овн = 70 мм, г = 0,4...0,85; 2 - Онар = 160 мм, Овн = 145 мм,
г = 0,2...0,8
Выводы. Выполненное исследование позволяет сказать о целесообразности обеспечения условий медленного формоизменения при прямом выдавливании изделий из деформируемых титановых сплавов в горячих условиях. Соблюдение данных термомеханических режимов позволяет добиться заметного снижения сил деформирования а так же обеспечения максимальных степеней деформаций при незначительных энергосиловых потерях. Установлены рациональные с точки зрения минимальных сил величины углов конусности инструмента
36
а = 20...350 и радиус скругления рабочих кромок оправки R = 4...7 мм и скорости деформирования V = 1...10 мм/мин. Обеспечение условий деформирования в данных скоростных режимах и интервалах геометрических параметров позволит выдержать режимы деформирования с минимально возможными силовыми параметрами.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант РФФИ № 20-08-00541.
Список литературы
1. Яковлев С.П., Яковлев С.С., Андрейченко В.А. Обработка давлением анизотропных материалов. Кишинев: Квант. 1997. 332 с.
2. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1968. 283 с.
3. Чудин В.Н., Пасынков А.А. Нестационарные процессы изотермической штамповки // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением. 2018. №6. С. 23-28.
4. 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.
5. Демин В.А., Черняев А.В., Платонов В.И., Коротков В.А. Методика экспериментального определения механических и пластических свойств материала при растяжении с повышенной температурой // Цветные металлы. 2019. №5. С. 66-73.
6. Черняев А.В., Усенко Н.А., Коротков В.А., Платонов В.И. Определение влияния скорости деформации на сопротивление деформированию при статическом растяжении с повышенной температурой // Цветные металлы. 2019. №5. С. 60-66.
Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доцент, mpf-tula@,rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Хрычев Иван Сергеевич, студент, sulee@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
DIRECT EXTRUSION OF A TITANIUM PIPE INTO A DIE WITH CONICAL WORKING PROFILE
A.A. Pasynkov, V.I. Tregubov, I.S. Khrychev
The article presents the results of simulation of direct extrusion of a pipe from an alloy based on titanium VT6 into a matrix with a conical working profile under hot conditions. The influence of reduction, contact friction, strain rates on the force of the operation is analyzed.
Key words: direct extrusion, hot deformation, force.
Pasynkov Andrey Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Khrychev Ivan Sergeevich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
