CC BY
5
УДК 621.77; 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-4-433-438
ПРЯМОЕ ВЫДАВЛИВАНИЕ ТИТАНОВОЙ ТРУБЫ В КОНИЧЕСКОМ ИНСТРУМЕНТЕ
А.А. Пасынков, Б.С. Яковлев, Н.М. Чекмазов
В работе представлены результаты моделирования процесса деформирования трубы из сплава ВТ6, реализуемого при температурах, соответствующих горячему деформированию. В частности, рассмотрена операция прямого выдавливания. Процесс осуществляется перемещением заготовки через матрицу и оправку конической формы посредством давления нажимного пуансона. За счет геометрии, обеспеченной конусностью инструмента течение металла идет в коническом канале. При этом формируемая стенка изделия находится на определенном расстоянии относительно стенок заготовки по вертикальной оси. Выполнено исследуемой операции моделирование с использованием комплекса. основанного на конечно-элементах расчетах при различных комбинациях представленных ранее размерах и скоростях деформирования. В работе исследовано влияние степени деформации, определяемой как разница поперечных сечений заготовки на входе в очаг деформации и выходе из него, а так же относительного внутреннего диаметра формируемой стенки и технологических режимов на формирование выдавливаемой стенки изделия.
Ключевые слова: прямое выдавливание, горячее деформирование, геометрия, исследование.
Процессы выдавливания позволяют достичь значительных степеней деформации за счет всестороннего неравномерного сжатия заготовки при деформировании [14]. В работе рассмотрен процесс, заключающийся в прямом выдавливании трубной заготовки из сплава на основе титана ВТ6, нагретого до температуры 900°С в пространство, формируемое зазором между матрицей и оправкой. За счет геометрии, обеспеченной конусностью инструмента течение металла идет в коническом канале. При этом формируемая стенка изделия находится на определенном расстоянии относительно стенок заготовки по вертикальной оси. Такая операция позволит получать различного рода переходники с благоприятными механическими свойствами. Ввиду того, что деформированию подвергаются титановый сплав реализация процесса должна осуществляться в определенных температурно-скоростных условиях. В работе исследовано влияние степени деформации, геометрических характеристик инструмента и технологических режимов на формирование стенки изделия.
На рис. 1 дана схема процесса. Размеры заготовки и инструмента в соответствии со схемой: Г0 = 40 мм; r = 35 мм; Н = 40 мм; АН = 25 мм; Г2 = 32...38 мм;
r3 = 30...34 мм; а = 25...65°; ß = 25...45°; V0 = 1...60 мм/мин; ^ = 0,3.
Выполнено исследуемой операции моделирование с использованием комплекса DEFORM при различных комбинациях представленных ранее размерах и скоростях деформирования. Далее в статье будут представлены результаты в виде эскизов заготовки на конечной стадии деформирования.
Исследовано влияние степени деформации, определяемой как разница поперечных сечений заготовки на входе в очаг деформации и выходе из него (Г2 - Г3)/(( - 1), а так же относительного внутреннего диаметра формируемой стенки
( Г3/1).
На рис. 2 представлены эскизы изделий при 13/ r = 0,97 для степени деформации (r2 - Г3)/(г0 - r ) = 0,6 и разных значений углов конусности.
\ 1
1
[
Рис. 1. Эскиз выдавливания трубы в конический инструмент: 1 — заготовка; 2 — матрица; 3 — пуансон; 4 - оправка
в г
Рис. 2. Эскизы изделий на конечной стадии процесса (гд = 40 мм; ту = 35 мм;
т2 = 0,925т0; т3 = 0,97ту): а - а = 25° ; р = 25° ; б - а = 25° ; р = 45° ; в - а = 65°; р = 25°; г - а = 65°; р = 45°
На рис. 3 и 4 представлены эскизы изделий при тз / ту = 0,97 для разных значений углов конусности и степеней деформации (т2 - Тз)/(т0 - ту) = 0,4 и (Т2 - Т3)/(т0 - ту ) = 0,8 соответственно.
Схемы, представленные на рис. 2-4 позволяют оценить изменение геометрии выдавливаемой стенки при указанных соотношениях размеров. Видно, что уменьшение степени деформации (превышение величины (т2 - Тз)/(т0 - ту) = 0,6) приводит к искажению радиальных размеров выдавливаемого элемента заготовки стенки по ее высоте. Увеличение степени деформации не сказывается на геометрических параметрах формируемой стенки заготовки. При сочетании углов конусности а = 65°; р = 25°, то есть максимальная величина конусности матрицы и минимальной конусности оправки возможно минимизировать искажение радиальных размеров стенки при минимальных степенях деформации.
На рис. 5 и 6 представлены эскизы изделий при тз / ту = 0,9 для разных значений углов конусности и степени деформации (т2 - тз)/(т0 - ту) = 0,6 и (т2 - тз)/(тэ - ту) = 0,4 соответственно.
в г
Рис. 3. Эскизы изделий на конечной стадии процесса
(Г0 = 40 мм; Г[ = 35 мм; г2 = 0,9г0; г3 = 0,971): а - а = 25° ; р = 25° ; б - а = 25° ; р = 45° ; в - а = 65°; Р = 25° ; г - а = 65°; р = 45°
в г
Рис. 4. Эскизы изделий на конечной стадии процесса
(Г0 = 40 мм; г = 35 мм; г2 = 0,95г0; г3 = 0,97г): а - а = 25° ; р = 25° ; б - а = 25° ; р = 45° ; в - а = 65°; р = 25°; г - а = 65°; р = 45°
Из рисунков видно, что с уменьшением относительного внутреннего диаметра формируемой стенки при определённых сочетаниях углов (а = 25° ; р = 45° ) нарушается геометрия выдавливаемой стенки изделия в виду уменьшения величины зазора между инструментами. При степенях деформации, меньших чем (г2 — Г3)/(г0 _ 1 ) = 0,6 наблюдается искажение стенки, которое можно исключить при сочетании углов а = 65°; р = 45°.
ИНН НИН
а
в г
Рис. 5. Эскизы изделий на конечной стадии процесса
(Г0 = 40 мм; Г[ = 35 мм; г2 = 0,875г0;
13 = 0,9ц): а - а = 25° ; р = 25° ; б - а = 25° ; р = 45° ; в - а = 65°; р = 25° ; г - а = 65°; р = 45°
в г
Рис. 6. Эскизы изделий на конечной стадии процесса
(Г0 = 40 мм; 1\ = 35 мм; г2 = 085г0; г3 = 0,911): а - а = 25°; р = 25°; б - а = 25° ; р = 45° ; в - а = 65°; р = 25°; г - а = 65°; р = 45°
На рис. 7 представлены эскизы изделий при 13 / г\ = 0,9 для разных значений углов конусности и степени деформации 1 — 13) /(ю — 1 ) = 0,6.
435
б
б
а
в г
Рис. 7. Эскизы изделий на конечной стадии процесса (т0 = 40 мм; ту = 35 мм;
т2 = 0,825т0; т3 = 0,85ту): а - а = 25° ; р = 25° ; б - а = 25° ; р = 45°
в - а = 65°; р = 25°; г - а = 65°; р = 45°
На рис. 8 и 9 представлены эскизы изделий при Г3 / ту = 0,9 для разных значений углов конусности и степени деформации (т2 - т3)/(т0 - ту) = 0,4 и (т2 - т3)/(тз - ту ) = 0,8 соответственно.
I1,
а
б
в г
Рис. 8. Эскизы изделий на конечной стадии процесса
(т) = 40 мм; ту = 35 мм; т2 = 0,8т0; т3 = 0,85т): а - а = 25° ; р = 25° ; б - а = 25° ; р = 45° ; в - а = 65°; р = 25° ; г - а = 65°; р = 45°
I
в г
Рис. 9. Эскизы изделий на конечной стадии процесса
(тз = 40 мм; ту = 35 мм; т2 = 0,85т0; т3 = 0,85т): а - а = 25° ; р = 25° ; б - а = 25° ; р = 45° ; в - а = 65°; р = 25° ; г - а = 65°; р = 45°
Установлено, что при Г3/ ту = 0,9 наблюдается аналогичная закономерность влияния соотношений размеров на геометрию стенки получаемого изделия. То есть при степенях деформации, больших чем (^ - т3)/(т0 - ту)= 0,6 критичным для геометрии стенки является соотношение углов а = 25° ; р = 45° . При степенях деформации, меньших чем (т2 - т3)/(т0 - ту) = 0,6 углы конусности а = 65°; р = 45° должны обеспечить приемлемую геометрию стенки изделия.
Таким образом установлено, что при больших степенях деформации обеспечение углов конусности в интервале а = 25...650 р = 25° должно позволить получение изделий с благоприятными геометрическими характеристиками. При степенях деформации, меньших чем (r2 - Г3)/(о - r )= 0,6 углы конусности а = 65°; р = 45° позволяют минимизировать неравномерность геометрии формируемой стенки.
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. № 10. С. 440-445.
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. 2017. Вып.7. С. 42 - 47.
6. Черняев А.В., Перепелкин А.А., Чудин В.Н. Горячее выдавливание внутренних концевых утолщений на корпусах // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2012. 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. Volume 273, 2019, 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. 2018. Volume 252. 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.
Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доцент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Яковлев Борис Сергеевич, канд. техн. наук, доцент, bor_yak@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Чекмазов Никита Михайлович, студент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
DIRECT EXTRACTION OF TITANIUM PIPE IN A CONICAL TOOL
A.A. Pasynkov, B.S. Yakovlev, N.M. Chekmazov 437
The paper presents the results of modeling the process of deformation of a pipe made of VT6 alloy, implemented at temperatures corresponding to hot deformation. In particular, the operation of direct extrusion is considered. The process is carried out by moving the workpiece through the matrix and the mandrel of a conical shape by means of the pressure of the pressure punch. Due to the geometry provided by the taper of the tool, the metal flows in a conical channel. In this case, the formed wall of the product is located at a certain distance relative to the walls of the workpiece along the vertical axis. The operation under study was simulated using the complex. based on finite element calculations for various combinations of previously presented sizes and strain rates. In the work, the influence of the degree of deformation, defined as the difference in the cross sections of the workpiece at the entrance to the deformation zone and the exit from it, as well as the relative inner diameter of the formed wall and technological modes, on the formation of the extruded wall of the product was studied.
Key words: direct extrusion, hot deformation, geometry, research.
Pasynkov Andrey Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler.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, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.983
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-4-438-441
ИССЛЕДОВАНИЕ ГОРЯЧЕЙ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ ДЕТАЛИ СО СЛОЖНЫМ ПРОФИЛЕМ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ
А.В. Алексеев
С помощью компьютерного моделирования в программе для исследования процессов штамповки проводится исследование операции выдавливания детали со сложной формой в поперечном сечении. Оцениваются численно несколько основных параметров процесса: интенсивность напряжений, интенсивность деформаций, максимальная температура заготовки, средние напряжения, минимальные и максимальные сжимающие напряжения при операции выдавливания детали. Приводятся их наибольшие или наименьшие значения для выявления закономерностей о влиянии фактора формы на исследуемые характеристики. Приводятся результаты компьютерного моделирования пластического формоизменения. Особенностью исследования является то, что штамповка проводится из разных по форме заготовок, что позволяет оценить и выявить лучшую форму исходной заготовки. Делаются выводы о влиянии формы заготовки на величины напряжений, деформаций, технологических сил, а также температуру в заготовке. В заключении идет речь о том, какую заготовку, а точнее ее исходную форму лучше применять для штамповки детали со сложной формой методом горячего объемного выдавливания.
Ключевые слова: выдавливание, исследование, штамповка, напряжения, деформации, температура, моделирование.
Обработка давлением, в сущности, является одним из подразделов машиностроения в результате которой производятся либо готовые детали, либо полуфабрикаты для дальнейшей обработки [1,2]. При этом возможно получение деталей самой
438
