CC BY
3
ТЕХНОЛОГИИ И МАШИНЫ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ
УДК 621.77, 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-326-329
СИЛОВЫЕ РЕЖИМЫ ПРЯМОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ ТИТАНОВОЙ ТРУБЫ
А.А. Пасынков, С.В. Недошивин, Н.М. Чекмазов
Изготовление полых цилиндрических изделий с отверстием в донной части возможно посредством различных способов. Наиболее экономичным и менее трудоемким является их пластическое формоизменение. Так получение данного вида изделий возможно вытяжкой, выдавливанием, раскаткой. Когда изделия имеют относительно большую толщину стенки наибольшей применимостью обладает процесс обратного выдавливания. В статье рассмотрена операция получения оболочек с разными диаметральными размерами относительно их высоты. Выполнено моделирование процесса выдавливания трубной заготовки в коническом инструменте. В статье представлены обобщенные результаты исследований выдавливания трубных заготовок из цветного сплава ВТ6С. Для рассматриваемого процесса справедлив режим формоизменения в горячих условиях. Установлены силовые режимы операции. По результатам моделирования получены графические зависимости к оценке сил деформирования. Установлено влияние степени деформации, величин скоростей деформирования, величин относительного внутреннего радиуса выдавливаемой стенки, угла конусности матрицы на силу процесса.
Ключевые слова: прямое выдавливание, горячее деформирование, геометрия, исследование.
Процесс обратного выдавливания является универсальной операции обработки давлением, позволяющей получать пустотелые корпусные изделия, круглые и квадратные в плане [1-4]. Данная операция обработки давлением обладает рядом преимуществ, основными из которых являются экономия материала заготовки и благоприятное напряженно-деформированное состояние в заготовке, формирующиеся в процессе деформирования [5-7]. Силовые режимы процессы выдавливания проявляют сильную зависимость от степеней деформации, и, если они проходят в горячих условиях зависимость от скоростей деформирования. Необходимо теоретическое обоснование силовых режимов операции выдавливания трубной заготовки в коническом инструменте. Для этого выполнено моделирование рассматриваемого процесса. Установлены силовые режимы операции. По результатам моделирования получены графические зависимости к оценке сил деформирования. Эскиз рассматриваемого процесса приведен на рис. 1. Размеры заготовки и инструмента в соответствии со схемой: rQ = 40 мм; r\ = 35 мм; H = 40 мм; АН = 25 мм; Г2 = 32...38
мм; Г3 = 30...34 мм; а = 25...65° ; ß = 25...45° ; Vq = 1...60 мм/мин; ц = 0,3. Выполнено моделирование исследуемой операции с использованием комплекса DEFORM при различных комбинациях представленных ранее размерах и скоростях деформирования.
Исследуемый процесс является сложным сточки зрения получения обеспечения благоприятных силовых режимов. Наибольшее влияние на силу на деформирующем инструменте может оказывать степень деформации и скорость перемещения инструмента. Установлено влияние степени деформации, величин скоростей деформирования, величин относительного внутреннего радиуса выдавливаемой стенки, угла конусности матрицы на силу процесса. Исследования выполнялись для разных величин углов конусности матрицы а при минимальном угле конусности на оправке ß.
На рис. 2 даны графики изменения силы деформирования от относительной толщины формируемой стенки заготовки r = (Г2 - rç)/(q -Г ) при разных скоростях деформирования и разных значениях
а = 25...65°.
Установлено, что увеличение степени деформации (уменьшение r ) ведет к увеличению сил штамповки в 5 раз для меньших скоростей деформирования и в 4 раза для больших скоростей деформирования. Рост скоростей деформирования ведет к росту сил в 5 раз.
Р-Н
450000 400000 350000 300000 250000 200000 150000 100000 50000
Рис. 1. Эскиз выдавливания трубы в конический инструмент: 1 - заготовка; 2 - матрица;
3 - пуансон; 4 - оправка
Р,Н
,1 2 3
/
/ ——
----—-
500000 400000 300000 200000 100000
1 2 3
ыкккю
500000 400000
ш» 200000 100000
1 2 3
0.6 б
в
Рис. 2. График зависимости Р, Н от г = (/2 — /3 ) /(гд — / ) (Гд = 40 мм; / = 35 мм; Р = 25°): 1 - V = 1 мм/ мин; 2 - V = 20 мм/ мин; 3 - V = 60 мм/ мин; а - а = 25°; б - а = 45°;
в - а = 65°
На рис. 3 даны графики изменения силы деформирования от скоростей деформирования при разных величинах относительного внутреннего радиуса выдавливаемой стенки /3 / /1 и разных значениях
а = 25...65°.
Выявлено, что рост скоростей деформирования ведет к увеличению сил штамповки в 5 раз для величин относительного внутреннего радиуса выдавливаемой стенки /3 / Г1 =0,97 и в 6 раз для /3 / Г1 =0,85.
Р,Н
^ 2\ И
У*
А _
V
О 10 20
40 50 V, мм/мин
Р,Н
300000 250000 200000 150000 100000 50000
о
Р,Н
250000 200000 150000 10СЮ00 50000
-к____ — ~~
6 —----
/ 1 '2 3
/
10 20 30 б
ю 50 V, мм! мин
N 2 3
10 20 30 40 50 V, мм! мин
Рис. 3. График зависимости Р, Н от V, мм/мин (/0 = 40 мм; /1 = 35 мм; Р = 25° ; / = 0,6): 1 - /3 = 0,97/!; 2 - /3 = 0,9/; 3 - /3 = 0,85/; а - а = 25°; б - а = 45°; в - а = 65°
327
а
а
в
Известия ТулГУ. Технические науки. 2022. Вып. 9
На рис. 4 даны графики изменения силы деформирования от величины относительного внутреннего радиуса выдавливаемой стенки /3 / / при разных относительных толщинах формируемой стенки заготовки г = (/2 - Гз)/(го - /).
а б
Рис. 4. График зависимости P, Н от V, мм / мин (Tq = 40 мм; r = 35 мм; Р = 25° ; а = 25°):
1 - r = 0,4; 2 - r = 0,6; 3 - r = 0,8; а - V = 1 мм / мин; б - V = 20 мм / мин
Выявлено, что рост относительного внутреннего радиуса выдавливаемой стенки деформирования ведет к уменьшению сил штамповки в 2 раза.
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 / Изв. ТулГУ. 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@rambleT.Tu, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Недошивин Сергей Владимирович, д-р техн. наук, доцент, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Чекмазов Никита Михайлович, студент, Россия, Тула, Тульский государственный университет FORCE MODES OF DIRECT EXTRACTION OF A TITANIUM PIPE
A.A. Pasynkov, S.V. Nedoshivin, N.M. Chekmazov 328
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.
