CC BY
11
Medvedskiy Aleksandr Leonidovich, doctor of physical and mathematical sciences, docent, mdv66amail. ru, Russia, Moscow, Moscow Institute of Physics and Technology (State University),
Martirosov Mikhail Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, vst@vst-st.ru, Russia, Moscow, Moscow Aviation Institute (National Research University),
Khomchenko Anton Vasilevich, design engineer 1 category, anton.homchenkoairkut.com, Russia, Moscow, IRKUTCORPORATION
УДК 621.983.3; 621.798.144; 669.71
РАСЧЕТ СИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ОБЖАТИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
Г.М. Журавлев, А. А. Калинин, Е.А. Гречишкин
Рассмотрен вариант исследования процесса пластического деформирования тонкостенной цилиндрической детали с использованием адаптированного программного комплекса DEFORM-3D™ V6.1. Проведено сравнение с инженерным методом расчета процесса прокатки труб с теми же исходными данными.
Ключевые слова: Компьютерное моделирование, пластическая деформация, прокатка тонкостенных цилиндрических деталей, напряженно-деформированное состояние.
Широкое распространение в различных отраслях промышленности получили трубы. Одним из способов получения, которых является прокатка. Прокатка труб, используемая, в наше время имеет много способов реализации процесса. При этом процессы пластического формоизменения зависят от многих факторов. Одним из основных является правильный выбор технологических режимов обработки, что особенно важно при изготовлении труб, когда наряду с получением необходимых геометрических размеров и формы, требуется и формирование эксплуатационных свойств [1,2,3].
В работе рассмотрено компьютерное моделирование процесса прокатки труб, в пакете прикладных программ DEFORM-3D, с целью определения силовых параметров и напряженно-деформированного состояния процесса пластического формоизменения при холодном обжатии, позволяющие осуществить прогнозирование протекания процесса прокатки, качество получаемых деталей, и определять оптимальные параметры технологического процесса.
DEFORM-3D - это система моделирования технологических процессов, предназначенная для анализа поведения металла при различных процессах обработки давлением, в частности таких как холодная, горячая объемная штамповка, прокатка, прессование, ковка и др. DEFORM-3D моделирует пространственное течение материала и предоставляет важную информацию о поведении материала в штампе, распределении температур, возникновении дефектов во время процесса деформирования и по завершению выдает необходимые сведения о процессе [4,5].
Моделирование процесса обжима проводилось в среде конечно-элементного пакета программ DEFORM 3D со следующим допущением - принимаются изотермические условия деформации, т.е. разогрев деформируемого материала, и инструмента не учитывается и не рассматривается.
Компьютерное моделирование проводилось для процесса прокатки цилиндрической заготовки, имеющей исходные размеры ё о =167 мм Б о= 7,8 мм. Материал трубы - сталь марки 10. Размеры трубы после прокатки ё 1 =160 мм, = 5,7 мм. Диаметр валков = 550 мм, частота вращения валков п = 100 об/мин, принятый коэффициент трения { = 0,2; угол конусности оправки ф = 7,5°; длина цилиндрического пояска оправки 1ц = 25 мм, температура прокатки Т = 1000 °С. Исходная расчетная схема представлена на рис. 1.
Рис. 1. Схема процесса прокатки в БЕГОЕМ-ЗБ
В таблице представлены полученные данные в результате проведения эксперимента.
Результаты эксперементальных данных
Скорость вращения валков, ш об/мин Коэффициент трения на оправке ^ Максимальное усилие на инструменте Р кН Интенсивность деформации, £ Максимальное напряжение, о МПа
100 0,2 691 0,63 137
На рис. 2 изображено изделие после прохождения процесса прокатки в программном комплексе ББЕОКМ-ЗБ.
Рис. 2. Вид изделия после окончания процесса
279
Далее для сравнения приведен инженерный расчет процесса прокатки труб с теми же исходными данными. [6,7,8].
Для расчета технологической силы процесса прокатки разделим его на две составляющие на редуцирование заготовки и ее обжатие. Полная сила процесса будет рассчитываться как сумма этих составляющих Р = Рг + Р2.
Сила действующая на валок в зоне редуцирования составит:
Рг =Р1'Рг-
Определяем геометрические параметры очага деформации
/0 = М р-±= 38,6мм.
и л^Дсг 4
Рассчитаем длину зоны обжатия по формуле
12 = Л/(Дв+5о)2-(Дв+51)2 = 22 мм.
Длина зоны редуцирования
1г = /0 — 12 = 14,8 мм.
Площадь горизонтальной проекции контактной поверхности рассчитаем по формуле
/7 = И £!£<> = 7374 мм2 и 2
Площадь контактной поверхности в зоне обжатия ^ = (80+Б0)12 = 3612 мм2.
Площадь контактной поверхности в зоне редуцирования
F1 = F - F2 = 3762 мм2.
Рассчитаем среднее давление в зоне редуцирования
р1 = 2= 18,14 МПа.
Тем самым получаем первую составляющую
Р1 = р1 ■ ^ = 68,3 кН.
Рассчитаем среднее давление в зоне редуцирования р2 = 1,15 ■ 1,39<75 = 175,8 МПа.
Сила прокатки в зоне обжатия
р2 = р2 ■ ^ = 635,2 кН.
Полная сила
Р = Р1+Р2 = 703,5 кН.
Анализ результатов исследования процесса прокатки показал, что инженерный расчет силы на инструменте и результат компьютерного моделирования процесса отличается на 2%. Это свидетельствует о корректности вычислений всех параметров процесса прокатки с использованием программного комплекса БЕРСЖМ-ЗО.
Данные результаты могут быть использованы при разработки ресурсосберегающих технологий обработки материалов с использованием новых антифрикционных нанокомпозиционных материалов, смазок и покрытий [9-33].
Работа выполнена по проекту №11.6682.2017/8.9.
Список литературы
1. Шевакин Ю.Ф., Глейберг А.З. Производство труб. М.: Металлургия, 1968.
440 с.
2. Чекмарев А.П., Друян В.М. Теория трубного производства. М.: Металлургия, 1976. 304 с.
3. Грудев А. П. Теория прокатки. М.: Металлургия, 1988. 240 с.
4. Гречников Ф.В., Попов И.П., Шляпугин А.Г. Моделирование объектов в металлургии и обработке металлов давлением. Самара: Изд-во Самар, гос. аэрокосм, унта, 2007. 96 с.
5. Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация: пер. с англ. М.: Мир, 1986. 318 с.
6. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Л.: Машиностроение. Ленинград. 1979. 520 с.
7. Тутышкин Н.Д., Гвоздев А.Е., Трегубов В.И., Полтавец Ю.В., Селедкин Е.М., Пустовгар А.С., Журавлев Г.М. Комплексные задачи теории пластичности. Тула, Изд-во ТулГУ, 2015. 372 с.
8. Мижирицкий О.И., Харитонов В.В. Технологические расчеты в процессах продольной прокатки труб: учебное пособие. Екатеринбург: УПИ, 1991. 90 с.
9. Гетерогенное зарождение графита в углеродистых сталях при распаде цементита в процессе ТЦО вблизи точки А0 / А.Е. Гвоздев, А.Г. Колмаков, А.В. Маляров, Н.Н. Сергеев, И.В. Тихонова // Материаловедение. 2013. № 10. С. 48-52.
10. Влияние элементов графитизаторов на распад цементита при термоциклической обработке вблизи А0 углеродистых сталей / А.Е. Гвоздев, А.Г. Колмаков, А.В. Маляров, Н.Н. Сергеев, И.В. Тихонова // Материаловедение. 2013. № 11. С. 43-45.
11. Механические свойства конструкционных и инструментальных сталей в состоянии предпревращения при термомеханическом воздействии / А.Е. Гвоздев, А.Г. Колмаков, О. В. Кузовлева, Н. Н. Сергеев, И. В. Тихонова // Деформация и разрушение материалов. 2013. № 11. С. 39-42.
12. Условия проявления нестабильности цементита при термоциклировании углеродистых сталей / А.Е. Гвоздев, А.Г. Колмаков, А.В. Маляров, Н.Н. Сергеев, И.В. Тихонова, М.Е. Пруцков // Материаловедение. 2014. № 10. С. 31-36.
13. Особенности протекания процессов разупрочнения при горячей деформации алюминия, меди и их сплавов / А.Е. Гвоздев, А.Г. Колмаков, Д.Н. Боголюбова, Н.Н. Сергеев, И.В. Тихонова, Д.А. Провоторов // Материаловедение. 2014. № 6. С. 48-55.
14. Влияние разнозернистости аустенита на кинетику перлитного превращения в мало- и среднеуглеродистых низколегированных сталях / А.Е. Гвоздев, А.Г. Колма-ков, Д. А. Провоторов, И. В. Минаев, Н. Н. Сергеев, И. В. Тихонова // Материаловедение. 2014. № 7. С. 23-26.
15. Роль процесса зародышеобразования в развитии некоторых фазовых переходов второго рода / А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, И.В. Минаев, И.В. Тихонова, А.Г. Колмаков // Материаловедение. 2015. № 1. С. 15-21.
16. Синтез и триботехнические свойства композиционных покрытий с матрицей из полиамида ПМ-ДАДФЭ и наполнителями из наночастиц дихалькогенидов вольфрама при сухом трении скольжения / А.Д. Бреки, А.Л. Диденко, В.В. Кудрявцев, Е.С. Васильева, О.В. Толочко, А.Г. Колмаков, Ю.А. Фадин, Н.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, Д.А. Провоторов // Материаловедение. 2015. № 12. С. 36-40.
17. Многопараметрическая оптимизация параметров лазерной резки стальных листов / А.Е. Гвоздев, И.В. Голышев, И.В. Минаев, А.Н. Сергеев, Н.Н. Сергеев, И.В. Тихонова, Д.М. Хонелидзе, А.Г. Колмаков // Материаловедение. 2015. № 2. С. 3136.
18. Постановка задачи расчета деформационной повреждаемости металлов и сплавов / Г.М. Журавлев, А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, В.И. Золотухин, Д.А. Провоторов // Производство проката. 2015. № 10. С. 18-26.
19. Влияние деформационной повреждаемости на формирование механических свойств малоуглеродистых сталей / Г.М. Журавлев, А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, Д.А. Провоторов // Производство проката. 2015. № 12. С. 9-13.
20. Гвоздев А.Е., Журавлев Г.М., Колмаков А.Г. Формирование механических свойств углеродистых сталей в процессах вытяжки с утонением // Технология металлов. 2015. № 11. С. 17-29.
21. Зависимость показателей сверхпластичности труднодеформируемых сталей Р6М5 и 10Р6М5-МП от схемы напряженного состояния / А.Е. Гвоздев, А.Г. Колмаков, Д.А. Провоторов, Н.Н. Сергеев, Д.Н. Боголюбова // Деформация и разрушение материалов. 2015. № 11. С. 42-46.
22. Features of softening processes of aluminum, copper, and their alloys under hot deformation // A.E. Gvozdev, D.N. Bogolyubova, N.N. Sergeev, A.G. Kolmakov, D.A. Provotorov, I.V. Tikhonova // Inorganic Materials: Applied Research. 2015. T. 6. № 1. P. 32-40.
23. Grain size effect of austenite on the kinetics of pearlite transformation in low-and medium-carbon low-alloy steels / A.E. Gvozdev, I.V. Minaev, N.N. Sergeev, A.G. Kolmakov, D.A. Provotorov, I.V. Tikhonova // Inorganic Materials: Applied Research. 2015. T. 6. № 1. P. 41-44.
24. Role of nucleation in the of first-order phase transformations / A.E. Gvozdev, N.N. Sergeyev, I.V. Minayev, A.G. Kolmakov, I.V. Tikhonova // Inorganic Materials: Applied Research. 2015. T. 6. № 4. P. 283-288.
25. Multiparametric optimization of laser cutting of steel sheets / A.E. Gvozdev, I.V. Golyshev, I.V. Minayev, A.N. Sergeyev, N.N. Sergeyev, I.V. Tikhonova, D.M. Khonelidze, A.G. Kolmakov // Inorganic Materials: Applied Research. 2015. T. 6. № 4. P. 305-310.
26. Использование обобщенного треугольника Паскаля для описания колебаний силы трения материалов / А. Д. Бреки, А. Е. Гвоздев, А. Г. Колмаков // Материаловедение. 2016. № 11. С. 3-8.
27. Синтез и триботехнические свойства композиционного покрытия с матрицей из полиимида (Р-ООО) ФТ и наполнителем из наночастиц дисульфида вольфрама при сухом трении скольжения / А.Д. Бреки, А.Л. Диденко, В.В. Кудрявцев, Е.С. Васильева, О.В. Толочко, А.Г. Колмаков, А.Е. Гвоздев, Д.А. Провоторов, Н.Е. Стариков, Ю.А. Фадин // Материаловедение. 2016. № 4. С. 44-48.
28. Композиционные покрытия на основе полиимида А-ООО и наночастиц WS2 с повышенными триботехническими характеристиками в условиях сухого трения скольжения / А.Д. Бреки, А.Л. Диденко, В.В. Кудрявцев, Е.С. Васильева, О.В. Толочко, А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, Д.А. Провоторов, Н.Е. Стариков, Ю.А. Фадин, А.Г. Колмаков // Материаловедение. 2016. № 5. С. 41-44.
29. О фрикционном взаимодействии металлических материалов с учетом явления сверхпластичности / А.Д. Бреки, А.Е. Гвоздев, А.Г. Колмаков, Н.Е. Стариков, Д.А. Провоторов, Н.Н. Сергеев, Д.М. Хонелидзе // Материаловедение. 2016. № 8. С. 21-25.
30. Моделирование процессов ресурсосберегающей обработки слитковых, порошковых, наноструктурных и композиционных материалов: монография: изд. 2-е, испр. и доп. / М. Х. Шоршоров, А. Е. Гвоздев, А. Н. Сергеев, С. Н. Кутепов, О. В. Кузо-влева, Е. М. Селедкин, Д. С. Клементьев, А. А. Калинин. Тула: Изд-во ТулГУ, 2018. 359 с.
31. Аномальные механические свойства некоторых металлических систем: монография / под ред. д-ра техн. наук, проф. А.Е. Гвоздева. / А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, Д.М. Хонелидзе, С.В. Сапожников. Тула: Изд-во ТулГУ, 2018. 149 с.
32. Сверхпластичность сталей и сплавов и ресурсосберегающие технологии процессов обработки металлов давлением: монография. / М.Х. Шоршоров, А.С. Базык, М.В. Казаков, А.Е. Гвоздев, А.С. Пустовгар, Е.В. Егоров, А.Н. Герасин, Б.П. Сидоров. Тула: Изд-во ТулГУ, 2018. 158 с.
33. Антифрикционные свойства плазмохимических покрытий на основе SIO2 с наночастицами MoS2 в условиях трения верчения по стали ШХ15 / А.Д. Бреки, С.Е. Александров, К.С. Тюриков, А.Г. Колмаков, А.Е. Гвоздев, А.А. Калинин // Материаловедение. 2018. № 1. С. 31-35.
Журавлев Геннадий Модестович, д-р техн. наук, профессор, antony-ak@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Калинин Антон Алексеевич, инженер, antony-ak@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Гречишкин Евгений Артурович, аспирант, antony-ak@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
CALCULA TION OF POWER PARAMETERS OF THE PROCESS OF THE ROLLING THIN-WALL CYLINDRICAL DETAILS
G.M. Zhuravlev, A.A. Kalinin, E.A. Grechishkin
The paper considers a variant of the study of the process of plastic deformation of a thin-walled cylindrical part using an adapted software package DEFORM-3DTM V6.1. A comparison is made with an engineering method for calculating the rolling process of pipes with the same initial data.
Key words: Computer modeling, plastic deformation, rolling of thin-walled cylindrical parts, stress-deformed state.
Zhuravlev Gennady Modestovich, doctor of technical sciences, professor, antony-ak@,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Kalinin Anton Alekseevich, engineer, antony-ak@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Grechishkin Evgeny Arturovich, postgraduate, antony-ak@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 629.7.062
АНАЛИЗ ЗАКОНОВ ДВИЖЕНИЯ ОБЪЕКТА С ГАЗОДИНАМИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ ПОСТОЯННОЙ ТЯГИ В РЕЖИМЕ ПЛОСКОГО ПОВОРОТНОГО
МАНЕВРА
А.Б. Кондратьев, А.В. Кривилев
Рассматриваются вопросы определения области значений эффективности управления газодинамическим приводом на основе дивертора потока объекта парашютного десантирования, удовлетворяющей требованию минимизации запаса рабочего тела.
Ключевые слова: газодинамический привод, оптимальное управление, система ориентации и стабилизации, эффективность.
В работе рассматривается объект парашютного десантирования (ОПД), в состав которого входит платформа с полезной нагрузкой, оснащенная системой ориентации и стабилизации (СОиС). Купольная система «разгружена» относительно ОПД
283
