CC BY
10
ТЕХНОЛОГИИ И МАШИНЫ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ
УДК 621.77; 621.7.043 Б01: 10.24412/2071-6168-2021-2-482-486
ВЛИЯНИЕ УГЛА КОНУСНОСТИ МАТРИЦЫ НА СИЛУ ОБЖИМА СТАЛЬНОЙ ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ С УТОНЕНИЕМ СТЕНКИ
С.Н. Ларин, В.И. Платонов, Г.А. Нуждин
Рассмотрена операция обжима стальной трубной заготовки матрицей с конической рабочей поверхностью. Принималось, что на выходе из очага пластической деформации стенка заготовки подвергается утонению. Выполнен анализ влияния угла конусности матрицы на изменение силы деформирования.
Ключевые слова: обработка давлением, обжим, сила, комбинированная операция.
В процессе обжима реализуется сложное напряженно-деформированное состояние ввиду особенностей процесса [1-4]. Одной из основных характеристик технологии обжима является угол конусности инструмента. Интерес представляет оценка влияния угла конусности инструмента на основные характеристики процесса обжима, в ходе которого осуществляется калибровка стенки (утонение). Ввиду этого в статье исследовано влияние углов конусности инструмента на силу холодного обжима с калибровкой стенки на выходе из очага деформации, и величины напряжений, действующих в различных элементах заготовки.
При осуществлении моделирования считаем, что процессу обжима с утонением подвергается трубная заготовка с наружным диаметром Д = 80 мм . Толщина стенки
заготовки 5 = 5 мм. Высота заготовки 120 мм. Рабочий ход при деформировании составлял 50 мм. В ходе калибровки стенок детали происходит утонение, величина которого определяется зазором между матрицей и оправкой. Коэффициент утонения при калибровке стенки кут = (Д -Д{)/(Дм -Дп)=0,9. Коэффициент обжима принимался
равным кобж = Д0 / Дм =0,8. Для рассмотренных значений коэффициента обжима и коэффициента утонения рассматривались углы конусности а = 10...23°, обеспечивающие отсутствие потери устойчивости заготовок. Материал заготовки - сталь 10.
На рис. 1 показана схема операции обжима с калибровкой.
Из анализа результатов моделирования рассматриваемого процесса были построены графические зависимости изменения силы на деформирующем элементе от относительной величины хода инструмента, представляющей собой отношение текущей величины хода инструмента к конечной к = кт / кк .
На рис. 2 представлен полученный график.
Установлена закономерность изменения силы обжима во время реализации процесса. Как видно из рис. 2 в зависимости от величины конусности матрицы в процессе деформирования можно выделить разные стадии. Стадия обжима и стадия обжима с
482
утонением. На первой стадии идет неинтенсивный линейный рост сил. На второй - более резкое увеличение сил. С увеличением угла конусности сокращается участок линейного роста сил и увеличивается участок интенсивного набора сил.
Рис. 1. Схема обжима с калибровкой: 1 матрица; 2 - оправка; 3 - заготовка
Р, кН
Зх
2
--- 1
О 0,2 0,4 0,6 0,8 ^
Рис. 2. График зависимости Р, кН от И = Ит / Ик:
1 - а = 10°; 2 - а = 17° ; 3 - а = 23°
На рис. 3 представлен график зависимости изменения сил на деформирующем элементе от угла конусности инструмента.
Рис. 3. График зависимости Р, кН от а,°
Установлено, что с ростом угла конусности происходит рост сил деформирования. С увеличением а от 10° до 23° сила обжима с калибровкой растет на 80%. Стоит так же сказать о том, что с увеличением а от 5° до 10° сила практически не меняется.
Было проведено исследование влияния различных углов конусности инструмента на напряженное состояние изделий при обжиме. Напряжения в детали оценивались в трех точках, расположенных в теле заготовки, схемы процесса с контрольными точками показаны на рис. 4.
I
Рис. 4. Схемы процесса с контрольными точками
На рис. 5 - 6 даны зависимости изменения напряжений в рассматриваемых точках от относительной величины хода матрицы для обжима с калибровкой для углов конусности а = 10° и а = 23° соответственно. На рис. 7 дана зависимость изменения максимальных растягивающих напряжений, возникающих в изделии в процессе деформации от угла конусности матрицы.
а, МПа
100 50 О -50 -100 -150
2 3
/ .
^л^,— Л
0 0,2 \ 0 4 Х'У Ч
1 и
V—
А
Рис. 5. График зависимости а,МПа от Н (а = 10°): 1 - Р1; 2 - Р2 ; 3 - Р3
а, МПа
100 о -100 -200 -300 -400
кз
0,2 / 0 4 \ ,6 /о }
2
Г
Рис. 6. График зависимости а,МПа от Н (а = 23°): 1 - Р1; 2 - Р2 ; 3 - Р3 484
Из полученных результатов видно, что изменение напряжений в рассматриваемых точках происходит синусоидально. Их значения в среднем меняются от положительных значений в начале хода и до отрицательных во второй половине хода инструмента. Увеличение углов конусности матрицы приводит к росту абсолютных значений напряжений на 30...40%. При меньших углах конусности инструмента во всех рассматриваемых точках напряжения показывают схожий характер изменения значений. С ростом угла конусности матрицы характер изменения напряжений для каждой точки значительно отличается.
Рис. 7. График зависимости s,МПа от a, °
Установлено, что рост угла конусности деформирующего инструмента с 10° до 23° приводит к росту максимальных растягивающих напряжений, возникающих в изделии ориентировочно в 2 раза.
Таким образом можно сказать о значительном влиянии углов конусности инструмента как на силы деформирования, так и на напряженное состояние в процессе реализации исследуемого процесса.
Работа выполнена в рамках гранта РФФИ 20-08-00401.
Список литературы
1. Пасынков А.А., Аккуратнова А.С. Оценка напряженно-деформированного состояния и возможностей формоизменения тонкостенной трубной заготовки из сплава ВТ 14 при ее раздаче в изотермических условиях // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. Вып. 9. С. 286-290.
2. 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.
3. Трегубов В.И., Ларин С.Н., Пасынков А. А., Нуждин Г. А. Оценка влияния геометрии инструмента на силовые параметры совмещенного процесса вытяжки и от-бортовки // Заготовительные производства в машиностроении. 2019. №4. С. 165-167.
4. Грязев М.В., Ларин С.Н., Черняев А.В. Предельные возможности формообразования при обжиме трубной заготовки в матрице конической формы // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. Вып. 7. С. 3-8.
Ларин Сергей Николаевич, д-р техн. наук, профессор, mpf-tulaaramhler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Платонов Валерий Иванович, канд. техн. наук, доцент, mpf-tulaaramhler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Нуждин Георгий Анатолиевич, канд. техн. наук, доцент, mpf-tulaa ramhler.ru, Россия, Москва, Орган по сертификации НИТУ «МИСИС»
485
THE INFLUENCE OF THE TAPER OF THE MATRIX ON THE CRIMPING FORCE OF A STEEL PIPE BILLET WITH THINNING OF THE WALL
S.N. Larin, V.I. Platonov, G.A. Nuzhdin
The operation of crimping a steel pipe billet with a matrix with a conical working surface is considered. It was assumed that at the exit from the focus of plastic deformation, the blank wall undergoes thinning. The influence of the taper angle of the matrix on the change in the deformation force is analyzed.
Key words: pressure treatment, crimping, force, combined operation.
Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tulaaramhler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Platonov Valeriy Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tulaaramhler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Nuzhdin Georgiy Anatolievich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Moscow, Certification body of NUSTMISIS
УДК 621.762 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-2-486-498
РАСШИРЕНИЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ХОЛОДНОЙ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ДЕТАЛЕЙ ТИПА ГЛУБОКИХ
СТАКАНОВ И ВТУЛОК
А.М. Дмитриев, Н.В. Коробова, Н.С. Толмачев
Приведена последовательность расчетов при оценке возможности производства стальных стаканов и глубоких втулок холодной объемной штамповкой. Показано, что даже при правильных проектных расчетах, возможность применения холодной объемной штамповки ограничена неравномерностью контактного трения, приводящей к разностенности изделий. Экспериментально доказано, что при двухканальном течении выдавливаемого металла разностенность отсутствует. Приведены результаты исследования удельных сил и формообразования изделия при двухканальном выдавливании деталей в виде соосных сдвоенных втулок. Для таких деталей исследовано выдавливание с активно направленными напряжениями контактного трения между заготовкой и инструментом. Приведена конструкция специализированного пресса, рекомендуемого для выдавливания деталей рассмотренного типа.
Ключевые слова: стаканы глубокие стальные, втулки глубокие стальные, выдавливание холодное, устранение разнотолщинности стенок, комбинированная деталь из двух представителей, изменение направления напряжений контактного трения, специализированные гидропрессы.
В данной статье при сопоставлении технологий горячей штамповки, холодной листовой штамповки и холодной объемной штамповки (ХОШ) заготовок из металлов и сплавов, в первую очередь, рассматриваются не явления, происходящие в структуре деформируемых заготовок, а практические задачи, решаемые технологами при проектировании процессов штамповки. Эти задачи, в частности, сводятся к проведению расчетов критических параметров, ограничивающих возможности сопоставляемых технологий.
