ПРЯМОЕ ВЫДАВЛИВАНИЕ ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ В МАТРИЦУ С ПЛОСКОЙ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Романов Павел Витальевич, аспирант, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Харченко Антон Витальевич, студент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

INTENSIFICATION OF THE PROCESS OF OPEN VOLUMETRIC STAMPING OF THE FORGING

OF THE «FORK» PART

P.V. Romanov, A.V. Kharchenko

The article deals with the optimization of the process of volumetric forging forging of the "Fork" part. It is proposed to implement the technology in an open die by the "jack" stamping method. The influence of technological parameters of the process, friction conditions, the number of teeth on the stress-strain state of the semifinished product, power modes of operation is revealed. The main advantages and disadvantages of the proposed technological scheme are shown.

Key words: open stamping, power modes, jack stamping, stress intensity, strain intensity.

Romanov Pavel Vitalyevich, postgraduate, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University.

Kharchenko Anton Vitalievich, student, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.77; 621.7.043

DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-343-348

ПРЯМОЕ ВЫДАВЛИВАНИЕ ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ В МАТРИЦУ С ПЛОСКОЙ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ

А.А. Пасынков, Н.М. Чекмазов, Н.М. Матченко

Соединительные элементы жидкостных систем трубопроводов представляют собой цилиндрические оболочки с относительно широкой фланцевой частью, которая является ответной частью под сварку. Получать фланцевые утолщения на трубах возможно, как механическими способами обработки, так и пластическим деформированием. Рассмотрим получение труб с фланцевыми утолщениями методом прямого выдавливания. Считаем, что деформированию подвергаются трубы из титана ВТ6. Деформирование происходит в изотермических условиях. Выполнено моделирование операции. Установлено влияние редукции, геометрии матрицы на силу процесса. Установлены рациональные режимы деформирования.

Ключевые слова: прямое выдавливание, горячее деформирование, геометрия, исследование.

В статье рассмотрен процесс изготовления трубных полуфабрикатов с фланцевой частью. Такие изделия возможно получать либо мехобработкой, что сопровождается неизбежными потерями материала, либо процессами формообразования. Рассмотрено получение таких изделий прямым выдавливанием трубы из титана ВТ6 при температуре 900°С . Процесс сопровождается значительным давлением на инструмент. Этот фактор требует анализа в целях составления рекомендаций по назначению режимов технологии. Ввиду этого в программе DEFORM выполнено моделирование прямого выдавливания труб. На рис. 1 дана схема операции до начала процесса и в конце рабочего хода.

Заготовка для моделирования - труба из сплава ВТ6. Габариты заготовки: наружный диаметр -80 мм; толщина стенки - 5 мм; высота - 50 мм. Температура деформирования 900°С . Скорость деформирования 5...500 мм/мин. Оценивалось влияние редукции на ход процесса. Редукция варьировалась в интервалах редукции r = ——— = 0 3...0 8 . Коэффициент трения 0,25. Особенностью операции является r1 " r0

геометрия матрицы, то есть участок в зоне деформаций имеет радиальный переход.

Выполнен ряд компьютерных опытов. Рассмотрев результаты моделирования и проанализиро-

—2 " —0

вав их, установлено влияние редукции — = —-—, величины радиуса скругления матрицы, скоростей пе-

r1 " r0

ремещения деформируещего элемента на средние напряжения, максимальные величины деформаций и давление.

= ч

R Щ г2

Рис. 1. Схема прямого выдавливания: 1 - заготовка; 2 - матрица; 3 - пуансон; 4 - оправка

На рис. 2 представлены схемы операции, позволяющие количественно оценить величины сред-

них напряжений в очаге деформации для разных значений редукции г =

r2 - r0

радиуса скругления мат-

г1 - г0

рицы. На рис. 3 даны схемы процесса на конечном этапе деформирования, позволяющие оценить величины деформаций в очаге деформации для разных значений редукции, радиуса скругления кромки матрицы.

На представленных ниже схемах оценка влияния радиуса скругления кромок матрицы выполнена для больших степеней деформации. Анализ полученных эскизов позволяет сказать, что увеличение величины скругления кромок матрицы позволяет обеспечить снижение средних нормальных напряжений в среднем на 50 %. На величины максимальных деформаций изменение величины радиуса скругления кромок матрицы практически не оказывает влияния. Увеличение редукции приводит к росту средних величин растягивающих напряжений в 2 раза и к аналогичному росту максимальных величин деформаций. Максимальные величины средних растягивающих напряжений наблюдаются в формируемой стенке изделия. Сжимающих - в зоне заготовки под деформирующим элементом. Максимальные значения деформаций были выявлены в наружных слоях формируемой части изделия. В целом режим деформирования с низкими скоростями перемещения инструмента в условиях рекристаллизации позволяет добиться оптимального напряжённого состояния без превышения допустимых значений растягивающих напряжений. Кроме того, при больших степенях деформации подбор оптимального радиуса скругления рабочей кромки позволит заметно снизить величины растягивающих напряжений.

Stress - Mean (MPal

Slress - Mean (MPs)

Sin'.'. - Mean iMPa) 56.7 I

l |

I

l l

R = 0,1 мм r = 0,8 r = 0,6

Stress - Mean (MPa) 32.0 ,

-110 -130

I

I H

I

I I

Stress - Mean (MPa) 37.2 |

-15,7 -42.1

I

I

I

I

R = 0,1

R = 1,0

Я = 0,5 мм г = 0,4

Рис. 2. Распределение напряжений в очаге деформаций при прямом выдавливании (начало)

344

Stress- Mean <М Ра) 74.9 I

Stress - Mean (МРа)

■ I

1

il !

I

1.1 В

28

I

3.5

I

Stress - Mean (MPa) 38.8 I

I

-102 -126 -150

I

R = 0,1

R = 0,5 мм r = 0,3

R = 1,0

Рис. 2. Распределение напряжений в очаге деформаций при прямом выдавливании (окончание)

Strain - Total - Max principal (mm/mm)

Strain - Total - Max principal (mm/mm) 1.74

-0.00614 1

R = 0,1 мм

r = 0,8

Strain - Total - Max principal (mm/mm)

2.82 I

r = 0,6

¡airain - I otai - мах principal tmrrvmmj

■1

Ш

R = 0,1 мм

1.75 1.40 1.04 0.883 0.326 -0.0283

I

1.95 1.62 1.30 0 960 0.642 0,316 -0.0104

I

Strain - Total - Max principal (mm/mm) 9.14

I

3.38 2.23

I I

мм

Strain - Total - Max principal (mm/mm) 3.74 I

R = 0,5

r = 0,4

Strain - Total - Max principal (mm/mm) 4.11

R = 1,0

мм

Strain - Total - Max principal (mm/mm)

I

1.85 Щ

I

3 56 3.05 2.51 1.98 1.45 0,017 0.384 -0,148

I

I

R = 0,1

R = 1,0

R = 0,5 мм г = 0,3

Рис. 3. Распределение деформаций в очаге деформаций при прямом выдавливании

345

мм

мм

На рис. 4 даны графики к оценке влияния редукции на силу выдавливания при разных значениях скорости деформирования.

Р, н

Рис. 4. График изменения Р, кН от г : 1 - V = 2 мм/мин; 2 - V = 60 мм/мин; 3 - V = 600 мм/мин

На рис. 5 дан график изменения силы выдавливания от скорости перемещения пуансона и разных величин скругления кромок матрицы.

Рис. 5. График изменения P, кН от V, мм/мин: 1 - Ям = 0,05 мм; 2 - Ям = 0,5 мм; 3 - Ям = 1 мм

Установлено, что как и на напряженно-деформированное состояние обеспечение скоростных условий формоизменения в интервале V = 5...30 мм/мин позволяет обеспечить меньшие нагрузки на деформирующий инструмент. Увеличение радиуса скругления кромки матрицы с 0,1 до 1 мм позволяет достичь снижения силы в 1,2 раза для меньших скоростей деформирования и в 1,1 раза для больших скоростей деформирования. Увеличение редукции с 0,3 до 0,8 приводит к снижению силовых нагрузок в 7 раз для меньших скоростей деформирования и в 5 раз для больших скоростей деформирования.

По результатам моделирования представленной схемы деформирования установлены рациональные режимы штамповки: интервал скоростей деформирования V = 5...30 мм/мин, величина скругления кромки матрицы 0,5.. .1,0 мм.

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 вязкопластического 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. 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. 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. Volume 262, 2018. P. 622637.

Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доцент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Чекмазов Никита Михайлович, студент, olva-surova-2016@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Матченко Николай Михайлович, д-р физ-мат. наук, профессор, Россия, Тула, Тульский государственный университет

DIRECT EXTR USION OF A TUB ULAR BLANK INTO A DIE WITH A FLAT WORKING SURFACE

A.A. Pasynkov, N.M. Chekmazov, N.M. Matchenko

The connecting elements of liquid pipeline systems are cylindrical shells with a relatively wide flange part, which is a counterpart for welding. It is possible to obtain flange thickenings on pipes both by mechanical processing methods and by plastic deformation. Consider the production of pipes with flange thickening by direct extrusion. We consider that pipes made of titanium VT6 are subjected to deformation. The deformation occurs under isothermal conditions. The operation was simulated. The influence of reduction, matrix geometry on the strength of the process is established. Rational modes of deformation are established.

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,

Chekmazov Nikita Mikhailovich, student, olya-gurova-2016@mail. ru, Russia, Tula, Tula State

University,

Matchenko Nikolai Mikhailovich, doctor of physical and mathematical sciences, professor, Russia, Tula, Tula State University