CC BY
4
УДК 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-3-135-138
ВЛИЯНИЕ ГЛУБИНЫ ВНЕДРЕНИЯ ПУАНСОНА НА ТЕМПЕРАТУРУ В ЗАГОТОВКЕ И ИНСТРУМЕНТЕ ПРИ ЛОКАЛЬНОМ ФОРМИРОВАНИИ РИФЕЛЬ
С.С. Яковлев
В процессе деформирования, особенно локального, происходит существенное повышение температуры в заготовке и штамповой оснастке, что связано с большими пластическими деформациями и трением на границе контакта инструмента и материала заготовки, в результате которого также поднимается температура. В работе приводятся результаты исследований влияния глубины внедрения выступов пуансона в материал цилиндрического полуфабриката на изменение температуры как в заготовке, так и в инструменте при локальном формоизменении с целью получения рифленой внутренней поверхности цилиндрической заготовки. Приводятся картины распределения температуры штамповой оснастки и заготовки, возникающей при формировании спиралевидных рифлей на внутренней поверхности стальной оболочки без дна. Анализируется изменение температур при формировании рифель глубиной 1,7, 1,35 и 1 мм. А также исследуются максимальные температуры, полученные на конечной стадии формоизменения. Все данные получены с использованием компьютерного моделирования в программном комплексе QForm, работа которого основана на методе конечных элементов.
Ключевые слова: рифление, оснастка, температура, внедрение, цилиндрическая заготовка, сетка рифлей, исследование, локальное формирование.
При пластическом формоизменении происходит повышение температуры заготовки, данную особенность необходимо учитывать в условиях холодного локального формоизменения. Так как температура, до которой разогревается заготовка и оснастка, значительно влияет на механические и физико-химические характеристики материала [1,2]. Поэтому анализ температур при штамповке является одной из задач, требующих решения для более углубленного изучения процесса и учета фактора при формировании технологии [3-8].
Предположительно при локальном формоизменении при формировании рифленой поверхности на температуру оснастки и заготовки влияет глубина внедрения клиновых выступов. В работе проводится оценка этого предположения с помощью компьютерного моделирования процесса локального формирования рифлей в QForm.
Был проведен анализ на примере процесса рифления стальной заготовки рабочими оправка типа III [9-10] при различных глубинах формируемых рифлей: 1 мм, 1,35 мм и 1,7 мм, зазор между пуансоном и заготовкой составил 0,3 мм. Материалом, как и в предыдущих исследованиях, является сталь 10 [9-10]. Количество рифель, которое формировалось на поверхности, составляло 8 шт., вместо ранее формируемых 28 шт. Это связано с необходимостью оптимизации времени компьютерного расчета, при этом количество рифель не влияет на максимальную температуру, повреждаемость, напряженное и деформированное состояние и другие параметры процесса (кроме технологической силы), что связано с относительно большим расстоянием между рифлями. Исследовались только температуры в заготовке и пуансоне (таблице), так как температура корпуса меняется не существенно и в основном за счет теплообмена с заготовкой.
Максимальная температура
Параметры Внедрение
1 мм 1,35 мм 1,7 мм
Температура инструмента, °С 116,6 134,89 202,45
Температура заготовки, °С 117,8 135,98 215,18
Как показывает моделирование, с увеличением глубины внедрения возрастает и температура в заготовке и инструменте, при увеличении глубины с 1 до 1,75 мм происходит увеличение максимальной температуры пуансона на 75%, а заготовки на 82%. При этом максимальная температура в заготовке и максимальная температура в пуансоне практически одинакова.
Для оценки распределения температур в заготовке и на поверхности пуансона были получены соответствующие изображения, приведенные на рис. 1. Показано, что картина распределения температур при рифлении с 8 и 28 выступами совпадают между собой (рис. 1, а, в).
в
Рис. 1. Температура в заготовке и выступе пуансона при внедрении на: а -1 мм;
б -1,35 мм; в - 1,7 мм
В пуансоне основной нагрев приходится на выступ. Установлено, что при увеличении глубины внедрения происходит возрастание величины наплыва, что приводит к возникновению большей площади контакта между материалом заготовки и поверхностью пуансона, что в свою очередь приводит к возникновению трения и повышению температуры.
Температура в заготовке увеличивается только в зоне формирующихся рифлей, при этом величина температуры повышается к нижней части полуфабриката.
Таким образом, было установлено, что глубина внедрения сказывается на температуре материала при локальном пластическом деформировании рифлей на внутренней поверхности оболочки. Также установлено, что температура в заготовке выше в нижней части сформированных рифлей.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-29-20212, https://rscf.ru/project/22-29-20212/ и Правительства Тульской области.
Список литературы
1. Ковка и штамповка: Справочник: В 4 т. Т.4. Листовая штамповка/ Под общ. Ред. С.С. Яковлева; ред. совет: Е.И. Семёнов (пред.) и др. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2010. 732 с.
2. Кузьмина О.Ю. Влияние условий трения на изотермический обжим трубных заготовок / О. Ю. Кузьмина, Н. С. Пасынкова // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 9. С. 481-484. DOI 10.24412/2071-6168-2021-9-481-484.
3. Исследование утонения толщины дна полуфабриката при первой комбинированной вытяжке / Д. Х. Чан, А. А. Пасынков, Д. З. Лай [и др.] // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. № 6. С. 390-397. DOI 10.24412/2071-6168-2021-6-390397.
4. Зверев И.В. Моделирование процесса раздачи корпусных деталей специального назначения / И.В. Зверев, Н.Е. Проскуряков, Д.Г. Черников // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 6. С. 401-406. DOI 10.24412/2071-61682021-6-401-406.
5. 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. 31-39.
6. Moskvichev E.N., Skripnyak V.A., Skripnyak V.V., Kozulin A.A. & Lychagin D.V. Influence of structure to plastic deformation resistance of aluminum alloy 1560 after groove pressing treatment // Letters on Materials. 2016. V. 6 (2). P. 141-145.
7. Пасынков А.А. Влияние температурно-скоростных условий на обжим габаритных труб в горячем состоянии / А.А. Пасынков, Б.С. Яковлев, И.И. Матасов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 5. С. 68-71. DOI 10.24412/20716168-2021-5-68-7.
8. Пасынков А.А. Горячий обжим крупногабаритных трубных заготовок / А.А. Пасынков, Б.С. Яковлев // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2021. № 12(126). С. 7-11. DOI 10.30987/2223-4608-2021-12-7-11.
9. Яковлев С.С. Исследование инструмента при рифлении внутренней поверхности оболочки / С.С. Яковлев, В.Д. Кухарь // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 11. С. 461-465. DOI 10.24412/2071-6168-2021-11-461466.
10. Яковлев С.С. Анализ получения деталей с рифленой поверхностью пластическим деформированием // Молодой учёный года 2022 : сборник статей Международного научно-исследовательского конкурса, Пенза, 25 марта 2022 года. Пенза: Наука и Просвещение, 2022. С. 23-25.
Яковлев Сергей Сергеевич, аспирант, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
INFLUENCE OF THE DEPTH OF PUNCH INSERTION ON THE TEMPERATURE IN THE BLANK AND TOOL DURING LOCAL FORMATION OF A RIFLE
S.S. Yakovlev
In the process of deformation, especially local, there is a significant increase in temperature in the workpiece and die tooling, which is associated with large plastic deformations and friction at the interface between the tool and the workpiece material, as a result of which the temperature also rises. The paper presents the results of studies of the influence of the depth of penetration of the protrusions of the punch into the material of a cylindrical semi-finished product on the temperature change both in the workpiece and in the tool during local shaping in order to obtain a corrugated inner surface of the cylindrical workpiece. The patterns of temperature distribution of the die tooling and the workpiece, which occur during the ^ formation o f spiral corrugations on the inner surface o f a steel shell without a bottom, are presented. The change in temperature during the ^ formation of a ripple with a depth of 1.7, 1.35 and 1 mm is analyzed. The maximum temperatures obtained at the final stage of forming are also investigated. All data were obtained using computer simulation in the QForm software package, which is based on the finite element method.
137
Key words: corrugation, tooling, temperature, penetration, cylindrical workpiece, corrugated mesh, research, local^ formation.
Yakovlev Sergey Sergeevich, postgraduate, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.7.01; 621.7.79
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-3-138-142
ИССЛЕДОВАНИЕ ОПЕРАЦИИ ФОРМОВКИ СТУПЕНЧАТЫХ ДЕТАЛЕЙ В ЛЕНТЕ
П.В. Романов, А.В. Харченко
В работе проведено исследование операции формовки двухступенчатой цилиндрической детали в ленточной заготовке. Операцией формовки получают объемный рельеф из листовой заготовки путем растяжения материала. Формовку осуществляют как из штучной заготовки, так и из полосы или ленты. Использование ленточных заготовок позволяет провести автоматизацию штамповочного производства, увеличить производительность. Формовку используют для получения на листовых и ленточных заготовках полостей различного профиля, а также для нанесения рельефа на большие площади поверхности плоских листовых заготовок. Технологический процесс может осуществляться как за одну операцию, так и за несколько в штампах последовательного действия. Исследования проводились при помощи конечно-элементного моделирования. Показано распределение интенсивностей напряжений, главной накопленной деформаций по объему заготовки, выявлено изменение силовых характеристик операции в зависимости от радиусов закругления рабочих кромок на матрице и пуансоне.
Ключевые слова: формовка, ступенчатая деталь, давление, напряжения, деформации, сила, трение.
Выбор оптимальных технологических условий процесса формовки связан с оценкой напряженного состояния материала в пластическом состоянии. Схема напряженного состояния при формовке близка к схеме двухосного растяжения. Параметры предельной формуемости ограничиваются локализацией деформации и возможностью разрушения заготовки в местах наибольшего утонения. В связи с этим необходимо проведение исследований для выявления мест утонения и оценки изменения конечной толщины изделия [1-10].
Проведем исследование операции формовки ступенчатых деталей в ленте моделированием с использованием метода конечных элементов. Схема процесса приведена на рис. 1. Принималось, что ленточная заготовка шириной 24 мм и толщиной 1,5 мм выполнена из стали 10. Фланцевая часть заготовки жестко защемлена и не перемещается при деформировании. Готовая деталь имеет следующие размеры: малая ступень диаметром 8 мм, высотой 2,1 мм; большая ступень диаметром 16 мм, высотой 2,1 мм.
Определим напряженно-деформированное состояние ленточной заготовки при формовке двухступенчатой цилиндрической детали моделированием с применением метода конечных элементов. Формовка осуществлялась при температуре 20°С на гидравлическом прессе, коэффициент трения варьировался в диапазоне 0,05...0,2. Радиусы рабочих кромок матрицы и пуансона принимали значения 0,5; 1; 1,5.
На рис. 2 и 3 приведены распределенные по объему значения максимальных абсолютных напряжений и накопленной деформации в полуфабрикате на конечном этапе деформирования.
Анализ напряженно-деформированного состояния показал, что с увеличением радиусов закругления на инструменте с 0,5 до 1,5 мм уровень напряжений в опасных сечениях заготовки снижается на 5.10%. Уровень накопленной деформации также имеет тенденцию к снижению 30.40%
