CC BY
4
The manufacture of hollow cylindrical products with a hole in the bottom is possible by various methods. The most economical and less laborious is their plastic forming. So obtaining this type ofproduct is possible by drawing, extruding, rolling. When products have a relatively large wall thickness, the back extrusion process has the greatest applicability. The article considers the operation of obtaining shells with different diametrical dimensions relative to their height. Simulation of the process of extrusion of a pipe billet in a conical tool has been carried out. The article presents generalized results of studies of extrusion of tubular blanks from non-ferrous VT6S alloy. For the process under consideration, the regime of shaping under hot conditions is valid. Power modes of operation are established. Based on the results of the simulation, graphical dependencies were obtained for the assessment of deformation forces. The influence of the degree of deformation, the values of deformation rates, the values of the relative inner radius of the extruded wall, the angle of the taper of the matrix on the force of the process has been 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,
Nedoshivin Sergey Vladimirovich, doctor of technical sciences, docent, Russia, Tula, Tula State University,
Chekmazov Nikita Mikhailovich, student, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.7.01; 621.7.79
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-329-333
СИЛОВЫЕ РЕЖИМЫ МНОГООПЕРАЦИОННОЙ ВЫТЯЖКИ
В ЛЕНТЕ
С.Н. Ларин, Ю.В. Бессмертная, В.И. Платонов
Процессы многооперационной вытяжки в ленте как правило характеризуются незначительными силами деформирования. Но несмотря на малые силы, возникающие при вытяжке вопрос их оценки принципиально важен с точки зрения подбора оборудования. Поэтому используя комплекс CAE-моделирования было выполнено моделирование операций вытяжки. Материал детали - легированная сталь. Деформирование осуществляется при комнатной температуре. Результатами моделирования явились установленные зависимости влияния степеней деформации, геометрических характеристик инструмента, величин контактного трения на силу деформирования и максимальные нормальные напряжения в очаге деформации. Рассмотрена разная очередность формирования ступеней в изделии относительно фланцевой части.
Ключевые слова: многооперационная вытяжка, деформации, геометрия, деформирование.
В статье рассмотрена операция вытяжки цилиндрических оболочек с относительно тонкой стенкой, представляющих собой совокупность фланца и двух ступеней разного диаметра. При вытяжке негабаритных изделий важным является подбор оборудования исходя из величин сил штамповки и габаритов инструмента. В связи с чем, используя комплекс DEFORM выполнено компьютерное моделирования операций вытяжки ступенчатых изделий. Предполагается выявление зависимостей влияния степеней деформации, геометрических характеристик инструмента, величин контактного трения на силу деформирования и максимальные нормальные напряжения в очаге деформации. Выполнено регрессионное моделирование силовых режимов операции. Получена вторичная математическая модель. Эскиз детали на конечном этапе деформирования приведен на рис. 1.
Исследовался процесс вытяжки с габаритами элементов детали: наименьший внутренний диаметр D3 = 4...20 мм, наибольший внутренний диаметр D2 = = 6...30 мм. Материал детали легированная сталь 12Х18Н10Т. Рассматривались интервалы параметров технологии: коэффициент трения ц = 0,05.0,15, радиус скругления внутренних кромок детали Щ = R2 = = 0,3 ... 1 мм, толщина стенки детали s= 0,3.0,5 мм, сила прижима Q„p = 0.5 кН. Рассмотрены варианты получения детали в зависимости от очередности вытяжки: 1 при вытяжки от ступеней большего диаметра; 2 - при вытяжке от ступенеей меньшего диаметра; 3 - при синхронной вытяжке.
Рис. 1. Эскиз ступенчатой детали
На базе комплекса DEFORM была выполнена оценка сил деформирования при многооперационной при разных значениях диаметра второй ступени детали d-, контактного трения при разных схемах
операции. На рис 2 дана зависимость изменения силы штамповки от диаметра меньшей ступени. Цифрами на графиках изменения сил указаны схемы деформирования соответственно: 1 - вытяжка от ступеней большего диаметра; 2 - вытяжка от ступеней меньшего диаметра; 3 -синхронная вытяжка.
Р.кН
1 2 3
DyMM
4 9 14
Рис. 2. Влияние величины диаметра меньшей ступени на силу вытяжки
Как установлено, зависимость изменения сил вытяжки от диаметра меньшей ступени носит сложный характер. При росте величины О^ с 4 до 11 мм наблюдается снижение силовой нагрузки
на 40 %. Затем идет дальнейший рост сил на 45 %. Таким образом, оптимумом диаметра меньшей ступени является интервал с 9 до 12 мм. Вытяжка по схеме от ступеней большего диаметра дает наилучшие условия с точки зрения минимума силы.
На рис 3 дана зависимость изменения силы штамповки от относительного радиуса скругления кромок матрицы для двух значений коэффициента контактного трения.
Р.кН
6.5 6 5.5 5 4.5 4 3.5 3
2 2.2 2,4 2.6 2.8 Г/ 5
Рис. 3. Влияние величины относительного радиуса скругления кромок матрицы на силу вытяжки:
1 - ¡Л = 0.05; 2 - ц = 0.12
Установлено, что увеличение относительного радиуса скругления кромок матрицы ведет к снижению сил на 25 %. Рост коэффициента трения до 0,12 ведет с росту сил на 20%.
Исследование влияние степеней деформации и характеристик рабочего инструмента на максимальные нормальные напряжения в очаге деформации. На рис 4 дана зависимость изменения положительных напряжений для разных диаметров меньшей ступени. Цифрами на графиках указаны: 1 - вытяжка от ступеней большего диаметра; 2 - вытяжка от ступеней меньшего диаметра; 3 -синхронная вытяжка.
.Л
сг,МПа
503 403 303 203 103 3
/ 2 3
14
Иумм
Рис. 4. Влияние величины диаметра меньшей ступени на максимальные нормальные напряжения
Аналогично зависимости, показанной на рис. 2 полученная зависимость изменения напряжений носит схожий характер. С увеличением диаметра ступени с 4 до 11 мм происходит сначала снижение растягивающих напряжений нагрузки на 30.35 %. Затем, с ростом ^3 происходит рост напряжений на 35.40 %.
На рис 5 дана зависимость изменения максимальных нормальных напряжений от относительного радиуса скругления кромок матрицы для разного контактного трения.
сг,МПа
380 360 340 320 300 280 260 240 220 200
.. 2
1
2.2
2.4
2.6
2.8
г! 8
Рис. 5. Влияние величины относительного радиуса скругления кромок матрицы на максимальные нормальные напряжения: 1 - ¡ = 0.05 ; 2 - ¡ = 0.12
Увеличение величины скругления рабочей кромки матрицы приводит с снижению максимальных нормальных напряжений на 23 % для деформирования с меньшей величиной трения и на 20 % для деформирования с большими значениями контактного трения.
На основе приведенных результатов исследований выполнено статистическое моделирование силовых режимов многооперационной вытяжки в ленте. В качестве аппроксимирующего полинома принимаем линейную модель[9]
У = Ь0 + К .х +... + Ьт .хт
0 11 т т
где Y- выходной параметр процесса; Ь; - искомые коэффициенты регрессии при соответствующих
кодированных значениях варьируемых факторов х;; Ьц - искомые коэффициенты регрессии при парных
' У
эффектах взаимодействий х; .ху; Ь- искомый коэффициент регрессии при четвёртом эффекте взаимодействий х; .Ху .х^ .х^,.
В качестве выходного параметра принята сила вытяжки Р . На основе анализа выполненных исследований в качестве варьируемых факторов выбраны: относительный радиус закругления матрицы К, диаметр меньшей ступени, коэффициент трения ц. Параметры варьирования факторов представлены в табл. 1.
Матрица планирования и расчетные значения выходных параметров приведены в табл. 2. Получено уравнения регрессии в кодированных значениях факторов:
У = 4.37 + 0.1638x3 + 0.28x1x 2
После преобразований зависимость в кодированных значениях приняла вид
p = 6,11 + 4,68м + 0,074^3 - 0,85г - 0,18dз
Таблица факторного пространства.
Таблица 1
№ Наименование фактора Натуральное обозначение фактора Кодированное обозначение фактора Х1 тт (X,- = -1) Х, 0 (х,- = 0) Х1 тах (X,- = +1)
1 Относительный радиус закругления матрицы Г / 5 Х1 2 2,5 3
2 Диаметр меньшей ступени £3 Х2 4 11,5 19
3 Коэффициент трения М Х3 0,05 0,085 0,12
Таблица 2
Расчетные значения выходных параметров_
№ опыта X 0 XI X 2 X 3 Ъ
1 + - - - 4,6
2 + + - - 4
3 + - + - 6
4 + + + - 5,45
5 + - - + 4,9
6 + + - + 4,27
7 + - + + 6,35
8 + + + + 5,92
Таким образом на базе выполненой оценки режимов деформирования при многооперационной установлено, что диаметр меньшей ступени оказывает ключевое влияние на силовые режимы. Определены наилучшие с точки зрения обеспечения минимальных сил размеры меньшей ступени. Они находятся в интервале 9 ... 12 мм. Вытяжка по схеме от ступеней большего диаметра дает наилучшие условия с точки зрения минимума силы. Получена вторичная математическая модель, удобная для практического определния силы вытяжки.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант РФФИ № 19-48-710002 р_а, и гранта Правительства Тульской области ДС/300.
Список литературы
1. Малоотходная, ресурсосберегающая технология штамповки / Под ред. В.А. Андрейченко, Л.Г. Юдина, С.П. Яковлева. Кишинев: Universitas, 1993. 240с.
2. Ковка и штамповка: Справочник: В 4 т. Т.4. Листовая штамповка/ Под общ. Ред. С.С. Яковлева; ред. совет: Е.И. Семенов (пред.) и др. 2-е изд., перераб. И доп. М.: Машиностроение, 2010. 732 с.
3. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977. 423 с.
4. Нечепуренко Ю.Г., Яковлев С.П., Яковлев С.С. Глубокая вытяжка цилиндрических изделий из анизотропного материала. Тула: ТулГУ, 2000. 195 с.
5. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1977. 278 с.
6. Яковлев С.С., Трегубов В.И., Нечепуренко Ю.Г. Глубокая вытяжка анизотропного упрочняющегося материала // Заготовительные производства. 2005. № 4. С. 38 - 44.
7. Яковлев С.П., Яковлев С.С., Андрейченко В.А. Обработка давлением анизотропных материалов. Кишинев: Квант. 1997. 331 с.
8. Ларин С.Н., Платонов В.И., Коротков В.А. Проектирование матрицы для вытяжки материалов, обладающих плоскостной анизотропией механических свойств // Цветные металлы. 2018. №7. С. 83-87.
Ларин Сергей Николаевич, д-р техн. наук, профессор, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Бессмертная Юлия Вячеславовна, канд. техн. наук, доцент, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Платонов Валерий Иванович, канд. техн. наук, доцент, Россия, Тула, Тульский государственный университет
TO THE EVAL UATION OF THE LIMITING CAPABILITIES OF THE MULTI-OPERATION DRAWING
S.N. Larin, Y. V. Bessmertnaya, V.I. Platonov
Thin-walled cylindrical shells with a bottom part are obtained by drawing a sheet blank. In cases where these details represent a set ofsteps of different diameters, the hood is the only rational methodfor obtaining them. The use of tapes as initial blanks allows for a high level of productivity with wide automation possibilities. The drawing in the tape of a multi-stage part is considered. Using the DEFORM complex, a number of computer experiments were performed, during which the critical values of the height of the product were established, based on the magnitude of the deformations for each of the geometric combinations. The deformation modes are determined based on the maximum allowable heights of the parts obtained. Various technological options for obtaining the part are considered.
Key words: multi-operation drawing, deformations, geometry, deformation.
Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Bessmertnaya Yulia Vyacheslavovna, candidate of technical sciences, docent, Russia, Tula, Tula State University,
Platonov Valery Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.73.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-333-336
АНАЛИЗ ТЕМПЕРАТУР ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ОПЕРАЦИИ ОТБОРТОВКИ
Г.А. Вобликов
Отбортовка является операцией листовой штамповки, при которой отсутствует предварительный нагрев заготовки или инструмента, а сама операция проходит при комнатной температуре. Однако в процессе работы инструмента происходит постепенный нагрев как инструмента, так и заготовки, что связано с действием формоизменяющих сил и трения. При этом с увеличением температуры происходит изменение пластических свойств деформируемого материала, что приводит к уменьшению технологической силы, увеличению предельных возможностей формоизменения, снижению сопротивления деформированию. Поэтому изучение температур заготовки необходимо для правильного построения технологического процесса. Поэтому в данной работе анализируются температуры материала заготовки при его отбортовке при помощи компьютерного моделирования в QForm. Исследуются образцы, которые были отбортованы с утонением на разную величину изменения толщины стенки. Приводятся схемы распределения температур и графики, характеризующие эту величину. Делаются выводы о том, как влияют степени утонения при отбортовке на распределение и максимальные значения температур.
Ключевые слова: отбортовка, утонение, пластическая деформация, температура, коэффициент утонения.
Обработке металлов давлением характерно большое число методов, которыми возможно пластическое изменение формы. Различается листовая штамповка, ковка, объемная штамповка, при этом для каждой из них существует набор операций, которые можно применить в рамках этой технологии. Одной из таких операций является отбортовка. Операция отбортовки является процессом листовой штамповки [1], при котором отсутствует предварительный нагрев заготовки или инструмента, а сама операция проходит при комнатной температуре. Однако в процессе работы инструмента происходит постепенный нагрев как пуансона, матрицы, остальных деталей штампа, так и заготовки, что связано с действием формоизменяющих сил и трения. При этом с увеличением температуры происходит изменение пластических свойств деформируемого материала, что приводит к уменьшению технологической силы, увеличению предельных возможностей формоизменения, снижению сопротивления деформированию [2-5]. Поэтому изучение температур заготовки необходимо для правильного построения технологического процесса.
