CC BY
3
ТЕХНОЛОГИИ И МАШИНЫ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ
УДК 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-12-133-136
СРАВНЕНИЕ ПЛАСТИЧЕСКОГО ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ РАЗНЫМИ РАБОЧИМИ ОПРАВКАМИ ПРИ НАНЕСЕНИИ РИФЛЕЙ
В.Д. Кухарь, С.С. Яковлев
Проводятся результаты компьютерного моделирования локального пластического рифления внутренней полости цилиндрической оболочки инструментом, имеющим ограниченную длину. Проводится сравнение двух видов рабочих оправок, отличающихся заходной частью. Анализируются внутренне поверхности заготовок, наплывы, повреждаемость и возможность образования поверхностных дефектов при рифлении.
Ключевые слова: рифление, цилиндрическая заготовка, повреждаемость, сетка рифлей, заходная часть, дефекты.
Процессы рифления могут осуществлять инструментами ограниченной длины, что позволит существенно снизить технологическую силу нанесения рифлей, а также съема изделия, относительно существующих технологий [1-3]. При этом инструментом рифления может служить различная по форме рабочая оправка, основными показателями которых является зазор между впадиной инструмента и заготовкой, и форма заходной части. От этих параметров зависит весь процесс рифления, включая геометрическую точность изготовления рифлей, дефектообра-зование, повреждаемость, технологическая сила и пр.
Для исследования описанного выше было проведено компьютерное моделирование рифления двумя рабочими оправками [4], имеющими форму заходной поверхности по типу I и III.
Моделирование деформирования [5-7] осесимметричной заготовки проводилось в программе QForm версии 10. Начальные условия повторяли предыдущие исследования [4]. При этом сравнивались рабочие оправки с зазором 0,5 мм. Наибольший интерес представляет исследование формы поверхности внутренней полости цилиндрической оболочки в зоне формирования рифлей, а также возможно образование наплывов. Поэтому были рассмотрены поверхности заготовки в нескольких сечениях (рис. 1). Также были рассмотрены поля (рис. 2) возможных дефектов (поля Gartfield) и повреждаемость по Cockroft-Latham (рис. 3). Анализ этих данных позволит косвенно оценить качество поверхностей при рифлении разными оправками, а также соответствие полученной формы полуфабриката необходимой.
Как показал анализ, при рифлении возникает наплыв материала. При использовании оправки I присутствует фронтальный наплыв, а также боковой. При этом объем материала во фронтальном наплыве увеличивался по мере рабочего хода рабочей оправки и соответственно процесса рифления. При рифлении третьей оправкой наблюдается только боковой наплыв металла, высота которого составляла примерно 0,35 мм. Высота бокового наплыва при рифлении первой оправкой также составляет 0,35 мм, но наплыв присутствует только по одной стороне рифли, в отличии от третьего вида оправки, при рифлении которой наплыв имеется с обеих сторон.
Величина показателя GartfieЫ отличается в рассматриваемых деформационных процессах. Так при использовании первой оправки эта величина составляет 0,6, а при третьей оправки - 0,45. Разница составляет примерно 20%. Таким образом вероятность возникновения внешних дефектов в первом случае выше.
в г
Рис. 1. Форма рифлей при использование рабочей оправки типа I (а, в) и типа III (б, г)
Рис. 3. Параметр СоекгоА-ЬаМат 134
Технологии и машины обработки давлением
Также был проведен анализ параметра повреждаемости Cockroft-Latham, который показал, что при рифлении первой оправкой повреждаемость достигает 0,95 в зоне контакта наплыва и впадины инструмента. При использовании оправки третьего типа этот параметр достигает величины в 2,3 раза меньшей, а именно 0,41. При этом во втором случае повреждаемость наблюдается в зоне сформированной рифли.
Анализ данных, полученных с помощью математических моделирований, показал, что:
1. Рифление оправкой типа 1 приводит к возникновению значительного наплыва материала с фронтальной стороны инструмента, а также с одной из сторон сформированной рифли. При этом при рифлении вторым, из рассматриваемых, инструментом возникает наплыв по обе стороны от рифлей.
2. Повреждаемость по Cockroft-Latham при формировании рифлей первым инструментом значительно выше (примерно в 2 раза), а также вый вероятность образования поверхностных дефектов.
Список литературы
1. Патент № 2654410 Российская Федерация, МПК B21K 21/06 (2006.01), B21J 13/00 (2006.01), B21D 17/02 (2006.01), B21D 37/00 (2006.01), B21C 37/20 (2006.01). Способ изготовления сетки рифлей на внутренней поверхности цилиндрической оболочки и устройство для его осуществления : № 2017117118 : заявл. 16.05.2017 : опубл. 17.05.2018, бюл. № 14 / Иванов Ю.А., Коротков В.А., Кухарь В.Д., Ларин С.Н., Митин О.Н., Трегубов В.И., Яковлев С.С.
2. Штамповка рифленых цилиндрических оболочек: монография / В.Д. Кухарь, С.С. Яковлев, В.А. Коротков, С.Н. Ларин // под ред. д-ра техн. наук В.Д. Кухаря. Тула: Изд-во ТулГУ, 2021. 103 с.
3. Кухарь В.Д., Киреева А.Е. Влияние редуцирования на напряженно-деформированное состояние материала стальных осесимметричных изделий с внутренними спиральными рифлениями // Черные металлы. 2020. № 3. С. 48-52.
4. Формообразование сетки спиральных клиновых выступов на внутренней поверхности стальной оболочки локальным пластическим деформированием / В.Д. Кухарь, В.А. Коротков, С.С. Яковлев, А.А. Шишкина // Черные металлы. 2021. № 6. С. 65-68.
5. Ларин С.Н., Леонова Е.В. Анализ формирования геометрических параметров ячеистых изделий, полученных изотермическим свободным деформированием в матрицу квадратной формы, из материалов, подчиняющихся кинетической теории пластичности и повреждаемости // Заготовительные производства в машиностроении. 2016. № 11. С. 25-29.
6. Митин О.Н. Моделирование совмещения операций обжима, обжима с утонением и обратного выдавливания толстостенных трубных заготовок // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып. 7. С. 24-33.
7. Митин О.Н., Иванов Ю.А. Теоретические и экспериментальные исследования силовых режимов операций редуцирования профильным пуансоном трубных заготовок через коническую матрицу // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып. 6. С. 327-337.
Кухарь Владимир Денисович, д-р техн. наук., профессор, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Яковлев Сергей Сергеевич, аспирант, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
COMPARISON OF PLASTIC SHAPING WITH DIFFERENT WORKING GUIDES WHEN
APPLYING RIEFLES
V.D. Kukhar, S.S. Yakovlev
The results of computer modeling of local plastic corrugation of the inner cavity of a cylindrical shell with a tool having a limited length are presented. A comparison is made of two types of working mandrels, which differ in the lead-in part. The internal surfaces of the workpieces, sagging, damagea-bility and the possibility of surface defects formation during corrugation are analyzed.
135
Key words: corrugation, cylindrical billet, damageability, corrugation mesh, lead-in part, defects.
Kukhar Vladimir Denisovich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Yakovlev Sergey Sergeevich, postgraduate, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.73.01
НАПРЯЖЕННОЕ И ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРИ ШТАМПОВКЕ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ ПРИ РАЗНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ
В.Н. Жерносек
Были оценены интенсивности деформаций и напряжений, средние напряжения в полуфабрикате при комбинированном выдавливании в условиях холодной и горячей штамповки, для выявления возможности замены горячей штамповки на холодную для формирования осесим-метричного изделия.
Ключевые слова: напряжения, деформации, пластическое течение, материал, сталь, обработка, давление.
В машиностроении широкую номенклатуру изделий составляют детали с формой втулки. Они используются повсеместно, а для их изготовления обычно применяются операции обработки металлов давлением. Основной сложностью при изготовлении таких деталей является получение вертикальных стенок и фланцевой части, так как для их выполнения требуется определенный характер течения материала. Поэтому как правило применяется закрытая горячая объемная штамповка или выдавливание, обычно горячее [1-3].
Однако интерес представляет возможность замещения горячей обработки давлением на холодную, так как при холодной обработке ниже трудоемкость изготовления (нет необходимости в предварительном нагреве заготовки и инструмента), выше безопасность и ниже травмо-опасность (за счет отсутствия необходимости в работе с горячими деталями), а также не нужно специальное оборудование (печи, захваты, съемники, работающие в условиях повышенных температур) [4-7]. Поэтому для упомянутых выше факторов возможно применение холодной штамповки, однако для осуществления этого процесса требуется значительное усилие, что существенно снижает технологичность и возможность применения способа для крупных заготовок. При этом схема напряженного и деформированного состояния также значительно меняется, поэтому в настоящей работе осуществим ее исследование при помощи проведенного математического и компьютерного моделирования. Которое проводилось в программе QForm 10 [8-9]. Для моделирования были выбраны 2 заготовки, имеющие одинаковые формы и размеры, выполнены из стали 15, но отличающиеся начальной температурой: 20 и 1150 градусов Цельсия.
Рассматриваются средние напряжения (рис. 1), интенсивность напряжений (рис. 2) и интенсивность деформаций (рис. 3).
Анализ средних напряжений показал значительное сужение наибольших растягивающих и сжимающих напряжений при горячей штамповке, относительно холодной. Характер распределения средних напряжений остается одинаковым при замещении горячего деформирования на холодное, меняются только величины.
Наибольшая величина интенсивности напряжений при горячей штамповке в 5 раз ниже, чем при холодной и составляет 120 МПа вместо 720 МПа. При этом отличается характер распределения, так при горячей штамповке напряжения распределены в зоне перехода фланца в дно, а также на наружной поверхности стенки, при холодной же штамповке - в зоне внутренней части стенки.
