CC BY
11
УДК 621.983
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ШТАМПОВОЙ ОСНАСТКИ НА НАГРУЗКУ В ПРОЦЕССЕ ПОЛУЧЕНИЯ ТРУДНОЙ ДЕТАЛИ
С ФЛАНЦЕМ
О.М. Герасимова, И. А. Чижов, В.О. Павлушин
Получены данные о влиянии температуры и формы инструмента на технологическую силу процесса и распределение градиента температур в процессе горячей объемной штамповки при прямом выдавливании.
Ключевые слова: объемная штамповка, температура, деформация, напряжения, деформации.
В современном машиностроении большую роль для получения деталей разнообразной формы и с различными геометрическими размерами играют процессы обработки металлов давлением, в том числе операции объемной штамповки [1].
В данной работе будет рассмотрено влияние температуры инструмента и его геометрических параметров на технологическую силу (ТС) и на распределение температур в заготовке в процессе горячей объемной штамповки, при прямом выдавливании для трубных заготовок с фланцем с относительной толщиной 0,4 диаметра.
В качестве объекта исследования была выбрана цилиндрическая заготовка со сквозным отверстием, проходящим через ее ось симметрии, которая была выполнена из стали 15, смазочным материалом послужило жидкое стекло с фактором трения, равным 0,15. Инструмент в расчетах считается абсолютно жестким [2].
Все расчеты выполнялись в программе для математического расчета процессов ОМД методом конечных элементов QForm [3] при фиксированной скорости перемещения пуансона 150 мм/с. Исходное положение инструмента и заготовки представлены на рис. 1.
На рис. 2 представлена деталь, геометрическая форма и размеры которой следующие: размер фланца по диаметру наружному 50 мм, толщиной 20 мм, толщина стенки трубной части детали 10 мм, наружный диаметр 40 мм и длина 320 мм. Для получения детали использовалась заготовка, наружный диаметр которой равнялся 50 мм, а внутренний - 20 мм, высота - 70 мм, материал - сталь 15.
Температура заготовки до начала деформирования составляет 1000 °С. На первой операции температура инструмента принималась 20 °С, и увеличивалась в процессе постоянной работы штампа. При этом рассматривался интервал температур нагрева инструмента при 250 и 500 °С.
Исследовалось также влияние на ТС радиуса закругления Я на выходном участке матрицы (рис. 1), который составлял 1, 2.5 и 5 мм. Наружный диаметр цилиндрической заготовки равнялся 50 мм, а внутренний - 20 мм, высота - 70 мм.
Графики технологических сил приведены на рис. 3 и 4.
Рис. 1. Исходное положение инструмента и заготовки до начала деформирования
Рис. 2. Конечное положение инструмента и получаемый полуфабрикат
20 80 140 200 260 320 380 440 Температура оснастки, градусы Цельсия
500
■2,5
Рис. 3. Зависимость ТС процесса от температуры оснастки при различных радиусах закругления выходной части матрицы
334
С изменением температуры оснастки с 20 до 500 °С наблюдается уменьшение требуемой ТС для осуществления процессов для всех рассматриваемых радиусов закругления R, что связано с уменьшением тепловых потерь на нагрев оснастки и соответственно большей температуры заготовки.
3,6
3,35
1 2 3 4 5
Радиус закругления, мм
—•—20 —»—250 -•- 500
Рис. 4. График зависимости технологической силы операции от радиуса закругления Я выходной части матрицы при различных
температурах оснастки
Увеличение радиуса закругления Я выходной части матрицы позволяет снизить ТС операций, однако это не вызывает существенного изменения ТС. Стоит отметить, что увеличение значения радиуса закругления повышает стойкость инструмента.
График изменения температуры поверхности фланца заготовки в зависимости от температуры штамповой оснастки при радиусе закругления выходной части матрицы, равном 1 мм, представлен на рис. 5.
Рис. 5. График изменения температуры поверхности фланца заготовки в зависимости от температуры штамповой оснастки
335
Выводы
1. При исследовании технологической силы горячей штамповки рассматриваемой детали следует учитывать влияние нагрева штамповой оснастки, зависящей от числа циклов штамповки.
2. Температурный градиент оказывает влияние на качество получаемого изделия, что необходимо учитывать при наладке штамповой оснастки.
3. С изменением температуры штамповой оснастки наблюдается уменьшение требуемой ТС.
Список литературы
1. Theories, Methods and Numerical Technology of Sheet Metal Cold and Hot Forming: Analysis, Simulation and Engineering Applications. / P. Hu, N. Ma, L. Liu, Y. Zhu. 1st ed. Springer, 2013. 210 с.
2. Lee M.G., Korkolis Y.P. Advances in Plastic Forming of Metals. 1st ed. Mdpi AG, 2018. 282 p.
3. QForm // КванторФорм [Электронный ресурс]. URL: https://www. qform3d.ru/ products/qfv8 (дата обращения: 01.05.2019).
Герасимова Ольга Михайловна, канд. техн. наук, доцент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Чижов Иван Алексеевич, студент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Павлушин Владислав Олегович, магистрант, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
STUDYING THE IMPACT OF GEOMETRY AND TOOL TEMPERATURE ON THE HOT
VOL UME FORMING PROCESS
O.M. Gerasimova, I.A. Chizhov, V.O. Pavlushin
The data on the influence of temperature and tool shape on the technological force of the process and the temperature gradient distribution in the process of hot forging, namely direct extrusion, are obtained.
Key words: die forging, temperature, deformation, stresses, deformations.
Gerasimova Olga Mihailovna, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Chizhov Ivan Alekseevich, student, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Pavlushin Vladislav Olegovich, master, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
