CC BY
4
УДК 621.77; 621.7.043 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-5-68-71
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРНО-СКОРОСТНЫХ УСЛОВИЙ НА ОБЖИМ ГАБАРИТНЫХ ТРУБ В ГОРЯЧЕМ СОСТОЯНИИ
А.А. Пасынков, Б.С. Яковлев, И.И. Матасов
Исследован процесс получения габаритных толстостенных горловин посредством обжима трубных заготовок из деформируемого титанового сплава. Установлено влияние габаритов заготовок и коэффициента обжима на характер течения материала. Установлены рациональные скоростные режимы деформирования, обеспечивающие реализацию обжима.
Ключевые слова: обжим, крупногабаритные изделия, силы, анализ, горячее формоизменение.
В статье рассмотрена схема изготовления габаритных цилиндрических оболочек, представляющих собой совокупность цилиндрической части большего диаметра, конического элемента и цилиндрического элемента диаметром меньшим, чем основание. Предполагается что деталь изготовлена из титанового сплава ВТ6. Такие детали могут найти применение в спецтехнике.
Наилучшим методом получения такой детали является обжим торцовой части трубной заготовки. Ввиду значительных габаритов и характеристик материала заготовок при деформировании необходимо обеспечение нагрева заготовок для осуществления рекристаллизации в заготовке. При горячем формоизменении значительное влияние на процесс оказывает скорость деформирования. Ее уменьшение оказывает положительное влияние на снижение величин сил деформирования [1]. Однако не каждое оборудование может обеспечить деформирование при низких скоростях. В то же время при превышении определенных скоростей при горячем деформировании возрастает возможность потери устойчивости заготовки.
Поэтому в статье рассмотрено влияние скоростных режимов, габаритных размеров заготовок из деформируемого титанового сплава ВТ6 и степеней деформации на характер течения материала. Для моделирования процесса применялся комплекс DEFORM. Трубы под штамповку имели радиальные размеры 500 мм и стенки толщиной 20.. .70 мм.
Деформирование осуществляется в режиме горячего формоизменения при температуре нагрева заготовки 900° С. Скорость деформирования принималась равной 0,1.10 мм/сек.
На рис. 1 дан эскиз процесса обжима.
Были рассмотрены различные варианты температурно-скоростных условий деформирования. Выявлено, что при деформировании заготовки нагретой по всему объему значительно возрастает вероятность потери устойчивости - образование складок под действием перемещения давящего пуансона. Выявлено что практически при всех рассматриваемых габаритах заготовки заготовка приобретает складки. На рис. 2 дана диаграмма с помощью, которой можно выявить условия деформирования, обеспечивающие обжим заготовок без потери устойчивости.
На данном рисунке заштрихована область допустимых режимов формообразования. Установлено, что деформирование заготовок при нагреве их полностью в большинстве случаев будет происходить с формированием складок и изменением толщины заготовки при слишком медленных скоростях деформирования.
На рис. 3 даны эскизы заготовок с демонстрацией потери устойчивости.
Предлагается обеспечение условий деформирования, при которых формоизменению подвергается заготовка, нагретая только в зоне обжима. На рис. 4 дан эскиз процесса с указанием зон нагрева заготовок.
Ж
I ДМ I
Рис. 1. Эскиз исследуемой операции
Рис. 2. Диаграмма к оценке определения рациональных условий деформирования (к = ^ / 0\ = 0,7)
Рис. 4. Схема процесса с указанием зон нагрева
69
В ходе анализа результатов исследований было установлено значение высоты зоны нагрева заготовок при которой обеспечиваются наилучшие условия формоизменения. Высота зоны нагрева заготовок приближённо может быть определена исходя из , , D1(1 - k) ,
зависимости: h = Пу л--:--л h.2 . Входящие в данное выражение значения пред-
2 • sin а
ставлены на рис. 1.
Значение высоты вертикальной стенки на ходе в матрицу можно принять равным h2 = 10...25 мм. Здесь минимальные значение данной высоты соответствуют заготовкам с меньшей толщиной стенки. Большие - заготовкам с большей толщиной стенки.
Обеспечение условий деформирования с нагревом по предложенной схеме позволяет значительно повысить устойчивость процесса.
На рис. 5 приведена диаграмма устанавливающая режимы деформирования в зависимости от скорости деформирования и толщины стенок заготовки для разных величин коэффициента обжима при а = 15° . Штриховыми линиями на рисунке обозначена зона режимов деформирования при которых происходит образование складок.
а б
Рис. 5. Диаграмма к оценке режимов деформирования
Как видно из рис. 5 большие степени деформирования при минимальных из рассматриваемых величинах толщин приводят к увеличению возможностей возникновения складок. При больших степенях деформации это влияние выражено сильнее.
На рис. 6 показаны диаграммы устанавливающие режимы деформирования в зависимости от скорости деформирования и толщины стенок заготовки для разных величин коэффициента обжима при а = 25° . Штриховыми линиями на рисунке обозначена зона режимов деформирования при которых происходит образование складок.
S. мм
60 50 40 30 20
4 \ 4х
ч\\ \ ■■■■■ \V
8 V, мм/сек
s: мм
60 50 40 30 20
8 V, мм/сек
а б
Рис. 6. Диаграмма к оценке режимов деформирования
Результаты работы позволяют сказать, что увеличение угла конусности инструмента приводит к значительному увеличению вероятности возникновения поперечных складок. Причем эта вероятность увеличивается с ростом скоростей деформирования. При больших толщинах стенок заготовки складкообразование не происходит.
Таким образом установлена комбинация скоростных режимов деформирования, степени деформации и конусности инструмента при которых процесс обжима реализуется без потери устойчивости.
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. Вып. 10. С. 440445.
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. Пасынков А.А., Ларин С.Н., Исаева А.Н. Теоретическое обоснование схемы обратного изотермического выдавливания трубной заготовки с активным трением и вытяжкой ее краевой части // Заготовительные производства в машиностроении. 2020. №10. С. 462-465.
Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доцент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Яковлев Борис Сергеевич, канд. техн. наук, доцент, mpf-tula@,rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Матасов Игорь Игоревич, соискатель, mpf-tula@,rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
INFLUENCE OF TEMPERATURE-RATE CONDITIONS ON CUTTING OVERALL PIPES IN HOT STATE
A.A. Pasynkov, B.S. Yakovlev, I.I. Matasov
The process of obtaining overall thick-walled necks by crimping pipe billets from a deformable titanium alloy has been investigated. The influence of the dimensions of the blanks and the compression ratio on the nature of the material flow has been established. Rational high-speed modes of deformation have been established, which ensure the implementation of crimping.
Key words: crimping, large-sized products, forces, analysis, hot forming.
Pasynkov Andrey Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Yakovlev Boris Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Matasov Igor Igorevich, applicant, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
