Влияние технологических параметров на толщину стенки заготовки при ротационной ковке Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

The equations for calculating ofpower and deformation circumstances of axisymme-trical isothermal extrusion of flanged details are proposed. The theoretical investigations of technological parameters influence on pressure and damageability values in the process of flanged details extrusion from aluminium and titanium alloys were established.

Keywords: extrusion, viscosity, high-strength materials, pressure, temperature, da-mageability.

Получено 07.04.10

УДК. 621.7, 539.3

А.Н. Пасько, д-р техн. наук, доц., (4872) 35-18-32, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)

О.А. Ткач, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-18-32, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА ТОЛЩИНУ СТЕНКИ ЗАГОТОВКИ ПРИ РОТАЦИОННОЙ КОВКЕ

Рассматривается влияние основных технологических параметров ротационной ковки полой цилиндрической заготовки на толщину стенки полуфабриката.

Ключевые слова: ротационная ковка, толщина стенки заготовки.

На базе метода конечных элементов (МКЭ) проведено исследование процесса безоправочной ротационной ковки полой цилиндрической заготовки, в результате которой внешний и внутренний диаметры заготовки уменьшаются [1]. Для исследования процесса была разработана модель, представляющая половину меридионального сечения осесимметричной заготовки. При использовании МКЭ данная модель разбивалась на ряд связанных между собой структурных элементов, представляющих в целом конечно-элементную сетку. Исследовался процесс ротационной ковки коротким бойком [2], т.е. такой вариант, который предусматривает поэтапное деформирование заготовки бойками, длина которых меньше длины обжимаемого участка заготовки (рис. 1).

Ротационная ковка полых цилиндрических заготовок без оправок приводит к увеличению толщины стенки заготовки. Толщины стенки заготовки после обжатия рекомендуется определять по номограмме [3] .

Номограмма составлена на основе экспериментальных исследований, где варьировались только степень обжатия и исходная толщина стенки заготовки. С целью более глубокого изучения влияния технологических параметров процесса безоправочной ротационной ковки на изменение толщины стенки трубчатой заготовки после обжатия было проведено исследование с использованием аппарата математической статистики и теории планирования многофакторного эксперимента на основе результатов

численного эксперимента. В качестве материала заготовки рассматривалась сталь РА50. Обжатие заготовки проводилось методом пошагового нагружения коротким бойком с углом заходного конуса 12 °.

Рис. 1. Расчетная схема процесса ротационной ковки трубчатой заготовки: 1 - боек; 2 - заготовка; u - направление перемещения

Используя результаты предварительных экспериментов в реальном диапазоне изменения геометрических размеров заготовки, в качестве варьируемых входных факторов были выбраны: коэффициент трения ц; относительная длина калибрующего участка бойка Lц / D2, где Lц - длина калибрующего участка бойка (рис. 2); D2- внутренний диаметр трубчатой заготовки после обжатия; степень обжатия г; толщина стенки заготовки до обжатия В.

Рис. 2. Схема процесса ротационной ковки без оправки: 1 - боек;, 2 - заготовка

В качестве выходного параметра (функции отклика), характеризующего объект исследования принята толщина стенки заготовки после ротационной ковки без оправки.

Необходимые расчеты по определению коэффициентов регрессии выполнены по программе Ram 4_15.exe, разработанной на кафедре МПФ ТулГУ.

С учетом рассчитанных коэффициентов уравнение регрессии для выходных параметров, характеризующих толщину стенки заготовки после обжатия, примет вид

y = 4,316 + 2,05xi - 0,26x2 + 1,9083x3 + 0,90833x4 + 3,3417xix2 -

-0,43333xix3 - 0,90833x1x4 - 0,93333x2x3 + 0,091667x2x4 + +0,091667x3x4 + 0,1556x2 + 1,6556x2" - 0,6694x2 - 1,0694x4";

где y - толщина стенки трубчатой заготовки после обжатия.

На ри. 3 показаны поверхности, определяющие толщину стенки трубчатой заготовки после проведения процесса ротационного обжатия.

Анализ полученных графиков показывает, что с увеличением всех рассматриваемых технологических параметров ротационной ковки увеличивается толщина стенки заготовки после обжатия. Но наибольшее влияние на утолщение стенки оказывает степень обжатия. Так, толщина стенки трубчатой заготовки после проведения процесса при степени обжатия s = 0,1 на 30 % меньше, чем при степени обжатия s = 0,3 без учета трения (т.е. при ц = 0).

Трение и относительная длина калибрующего участка бойка оказывают значительно меньшее влияние. Результаты численного эксперимента показывают, что без учета трения (ц = 0) влияние Lц / D2 на изменение

толщины стенки сводится практически к нулю. Увеличение длины калибрующего участка бойка оказывает тем большее воздействие, чем выше коэффициент трения в зоне контакта заготовки и инструмента. Так, при Ц = 0,1 увеличение отношения Lц / D2 от 0,5 до 1,5 приводит к утолщению

стенки заготовки на 5 %, в то время как при ц = 0,2 увеличение отношения Lц /D2 от 0,5 до 1,5 приводит к утолщению стенки заготовки на 8 %.

Следует сразу отметить, что отношение диаметра заготовки к толщине стенки не оказывает существенного влияния на изменение толщины стенки в результате обработки. Эксперименты с варьированием отношения D1/B в районе от 15 до 30 показали максимальное отклонение от представленных результатов 2 %.

Сравнение результатов численного эксперимента с номограммой [3] показано на рис. 4, где штрихами выделены области отклонения результатов численного эксперимента от показателей номограммы.

ц = 0

ц = 0,1

ц = 0,2

а

б

Рис. 3. Зависимость толщины трубчатой заготовки после обжатия от начальной толщины стенки и степени обжатия:

а - Lц /D2 = 0,5; б - Lц /D2 = 1,5 73

Рис. 4. Сравнение результатов численного эксперимента с номограммой

Из рис. 4 видно, что максимальные и минимальные значения толщины стенки заготовки после обжатия по результатам численного эксперимента имеют отклонение от номограммы не более 12 % на всем диапазоне изменения геометрических размеров заготовки и технологических параметров процесса. Это говорит о возможности применения математической модели для прогнозирования увеличения толщины стенки трубчатой заготовки в процессе ротационной ковки без оправки.

Список литературы

1. Семенов Е.И. Ковка и объемная штамповка. М.: Высшая школа, 1972. 352 с.

2. Голышев И.В. Ротационная ковка полых цилиндрических заготовок. дис. ... канд. техн. наук. Тула. 2008. 139 с.

3. Ковка и объемная штамповка: справочник: в 2 т. Т. 2; под ред. М.В. Сторожева. 2-е изд., перераб. М.: Машиностроение, 1968. 448 с.

A. Pasko, O. Tkach

Influence of technological parameters on the preparation wall thickness at rotary

forging

Influence of the basic technological parameters rotary forging to the wall thickness of a hollow cylindrical preparation is considered.

Keywords: rotational punching, a thickness of a wall ofpreparation.

Получено 07.04.10