CC BY
42
The mathematical model of isothermal reverse extrusion of thickwalledpiped details from orthotropic material possessing cylindrical anisotropy of mechanical properties in the modes of material’s viscous flow is exposed. The formulas for material flowing kinematics, stressed and deformed states, power circumstances of isothermal piped details reverse extrusion process from anisotropic material estimating are shown.
Key words: reverse extrusion, anisotropic material, viscosity, power, damageability, creeping.
Yakovlev Sergey Sergeevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Platonov Valeriy Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Chernyaev Aleksey Vladimirovich, doctor of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 539.374; 621.983
СИЛОВЫЕ РЕЖИМЫ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО ОБРАТНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ АНИЗОТРОПНЫХ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК
В.И. Платонов, А.К. Талалаев, М.В. Ларина
Приведены результаты теоретических исследований силовых режимов операции изотермического обратного выдавливания анизотропных трубных заготовок. Выявлено влияние технологических параметров на силовые режимы операции изотермического обратного выдавливания трубных заготовок из анизотропных высокопрочных материалов в режиме кратковременной ползучести.
Ключевые слова: обратное выдавливание, анизотропный материал, вязкость, сила, повреждаемость, ползучесть.
В работе [1] приведена математическая модель операции изотермического обратного выдавливания трубной заготовки при установившемся течении анизотропного материала коническим пуансоном с углом конусности а и степенью деформации е = 1 - *1/ ^ (рис. 1), где ^0 и ^1 - площади поперечного сечения трубной заготовки и полуфабриката соответственно.
Материал заготовки принимается ортотропным, обладающим цилиндрической анизотропией механических свойств, подчиняющимся ассоциированному закону течения и уравнению состояния [2]:
Хе = В(ае / <5ео У,
где Хе и ®е - эквивалентные скорость деформации и напряжение при ползучем течении материала; п и В - константы материала, зависящие от температуры испытаний; се0 - произвольная величина напряжений.
Рис. 1. Схема к анализу операции обратного выдавливания
Течение материала принимается осесимметричным. Анализ процесса обратного выдавливания реализуется в цилиндрической системе координат. Допускается, что на контактных границах заготовки и рабочего инструмента реализуется закон трения Кулона. Течение материала принимается установившимся.
Компоненты тензора напряжений в очаге деформации определяются путем численного решения уравнений равновесия совместно с условием состояния, уравнениями связи между скоростями деформации и напряжениями при заданных кинематических граничных условия и статических граничных условия в напряжениях на инструменте. Учитывалось изменение направления течения материала на входе и выходе из очага деформации. Это изменение направления течения учитывается путем коррекции напряжения на границе очага деформации по методу баланса мощностей
[3, 4].
Полученные соотношения позволили оценить силовые режимы операции обратного выдавливания трубных заготовок из анизотропных материалов в режиме кратковременной ползучести. Механические характеристики исследуемых материалов приведены в таблице [2]. Расчеты выполнены при ^0 = 4 мм; Бз =40 мм; тп = 0,2; тм = 0,1.
Механические характеристики исследуемых материалов
Материал Т °С ®в0, МПА В, 1/с п Яе
Сплав ВТ6С 930 38,0 7.89E-4 2,03 0,85 0,77 2,9
Сплав АМг6 450 26,8 2.67E-3 3,81 0,75 0,71 2,9
На рис. 2 приведены графические зависимости изменения относительной силы Р = Р/[р(Бз - ^о)^о^ео] от угла конусности пуансона а при обратном выдавливании трубных заготовок из сплавов ВТ6С и АМг6. Здесь кривая 1 соответствует е = 0,1; кривая 2 - е= 0,2; кривая 3 - е= 0,3; кривая -4; е = 0,4; кривая 5 - е = 0,5.
Анализ графиков и результатов расчета показывает, что с увеличением степени деформации е относительная величина силы Р возрастает. Интенсивность роста тем выше, чем больше степень деформации е.
Выявлены оптимальные углы конусности пуансона в пределах 20...25°, соответствующие наименьшей величине силы. Величина оптимальных углов конусности пуансона а с увеличением степени деформации е смещается в сторону больших углов.
На рис. 3 представлены графические зависимости изменения относительной силы Р от степени деформации е при различных значениях скорости перемещения пуансона V. Здесь кривая 1 соответствует V = 0,0005 мм/с; кривая 2 - V = 0,001 мм/с; кривая 3 - V = 0,003 мм/с; кривая 4 - V = 0,005 мм/с. Из графиков видно, что с увеличением V относительная величина силы Р возрастает. При больших значениях е с увеличением скорости перемещения пуансона Р возрастает интенсивнее.
а
б
Рис. 2. Зависимости изменения Р от а при обратном выдавливании трубных заготовок из сплавов ВТ6С (а) и АМг6 (б) а - V = 0,001 мм/с; тм = 0,1; тп = 0,2; б - V = 0,005 мм/с; тм = 0,1; тп = 0,2
Графические зависимости изменения относительной величины силы Р от коэффициента трения на пуансоне (тп/тм ) при фиксированном коэффициенте трения на матрице (т м = 0,1) и угле конусности пуансона
а = 30° для исследуемых материалов приведены на рис. 4. Здесь введены обозначения: кривая 1 соответствует е = 0,1; кривая 2 - е= 0,2; кривая 3 -е = 0,3; кривая 4 - е= 0,4; кривая 5 - е= 0,5.
1 б 1 4 1 2 1 О
0.3
Р 0.6 0.4
0.2
0.0
3 4
1 2
\ \
О 1
0.2
0.3
0.4
О.?
а б
Рис. 3. Зависимости изменения Р от е при обратном выдавливании трубных заготовок из сплавов ВТ6С (а) и АМг6 (б)
(а = зо°; тм = 0,1; тп = 0,2)
Анализ результатов расчетов и графических зависимостей показал, что изменение условий трения на контактной поверхности пуансона существенно влияет на относительную величину силы Р . С ростом коэффициента трения на пуансоне тп (при т«=ад величина относительной силы
Р возрастает. Этот эффект проявляется существеннее при больших величинах степени деформации е. Так, при е = 0,1 увеличение отношения
тп/тм от 1 до 4 приводит к росту Р на 20 %, при е = 0,5 - на 50 %.
1 о 0.8 | 0.6
р 0.4
0.2
0.0
4 5
Т
±] а! а]
1
/4
а
б
Рис. 4. Зависимости изменения Р от тп/тм при обратном выдавливании трубных заготовок из сплавов ВТ6С (а) и АМг6 (б): а - V = 0,001 мм/с; а = 30°; б - V = 0,005мм/с; а = 30°
Таким образом, приведенные выше соотношения могут быть использованы для оценки силовых режимов операции обратного выдавливания трубных заготовок из анизотропных материалов в режиме кратковременной ползучести.
Работа выполнена по государственному заданию Министерства образования и науки Российской Федерации на 2012-2014 годы и грантам РФФИ.
Список литературы
1. Яковлев С.С., Платонов В.И., Черняев А.В. Математическое моделирование операции изотермического обратного выдавливания анизотропных трубных заготовок // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки.. 2013. Вып. 1. С. 75-84.
2. Изотермическое формоизменение анизотропных материалов жестким инструментом в режиме кратковременной ползучести / С. С. Яковлев [и др.]; под ред. С.С. Яковлева. М.: Машиностроение, 2009. 412 с.
3. Яковлев С.С., Кухарь В. Д., Трегубов В.И. Теория и технология штамповки анизотропных материалов / под ред. С.С. Яковлева. М.: Машиностроение, 2012. 400 с.
4. Теория обработки металлов давлением: учебник для вузов / В.А. Голенков [и др.] / под ред. В. А. Голенкова, С.П. Яковлева. М.: Машиностроение, 2009. 442 с.
Платонов Валерий Иванович, канд. техн. наук, доц., mpf-tula@rambler.ru. Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Талалаев Алексей Кириллович, д-р техн. наук, доц., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ларина Марина Викторовна, канд. техн. наук, доц., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
THE POWER CIRCUMSTANCES OF ANISOTROPIC PIPED DETAILS ISOTHERMAL REVERSE EXTRUSION PROCESS
V.I. Platonov, A.K. Talalaev, M. V. Larina
The results of theoretical investigations of anisotropic piped details isothermal reverse extrusion process power circumstances are provided. The influence of technological parameters on anisotropic piped details isothermal reverse extrusion from anisotropic high-strength materials operation’s power circumstances in the mode of short-durated creeping conditions is identified.
Key words: reverse extrusion, anisotropic material, viscosity, power, damageability, creeping.
Platonov Valeriy Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Talalaev Aleksey Kirillovich, doctor of technical sciences, professor, tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
вв
Larina Marina Viktorovna, candidate of technical sciences, docent,
mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.98.073
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ УНИВЕРСАЛЬНОГО БЫСТРОПЕРЕНАЛАЖИВАЕМОГО АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ШТАМПА ДЛЯ ВЫРУБКИ И ПРОБИВКИ КОЛЬЦЕВЫХ УПЛОТНИТЕЛЕЙ
Г.В. Панфилов, П.В. Судаков
Приведены особенности проектирования штампов для вырубки-пробивки, используемых в мелкосерийном многономенклатурном производстве, когда необходимо совместить возможности быстрой смены инструмента и переналадки механизмов штампа на другой типоразмер с автоматизацией загрузки заготовок и удаления готовых деталей.
Ключевые слова: переналаживаемые штампы, вырубка, пробивка, многономенклатурное производство, автоматизированная подача.
В настоящее время широкое распространение получили многослойные уплотнительные элементы, имеющие несущий перфорированный металлический слой и эластичные полимерные или изготовленные из терморасширенного графита слои. В частности, рассматриваемый вариант кольцевого уплотнителя получают из трехслойной ленты, крайние слои которой выполнены из терморасширенного графита, а средний - из тонкой нержавеющей стали с перфорацией для крепления наружных слоев.
Известно большое количество автоматизированных штампов, предназначенных для массового и крупносерийного производства однотипных деталей, имеющих неизменные размеры. В мелкосерийном производстве успешно используют универсальные переналаживаемые штампы, обеспечивающие быструю смену инструмента и настройку регулируемых механизмов. Проектирование универсальных быстропереналаживаемых автоматизированных штампов для мелкосерийного многономенклатурного производства, конструктивно сочетающих указанные выше особенности, сопровождается рядом специфических проблем.
Разработанный штамп предназначен для вырубки и пробивки кольцевых уплотнителей из плоской круглой заготовки, являющейся отходом при изготовлении колец больших диаметров. Конструкция штампа преду-
