CC BY
5
ТЕХНОЛОГИИ И МАШИНЫ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ
УДК 621.77; 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-11-445-449
ВЛИЯНИЕ УГЛА КОНУСНОСТИ МАТРИЦЫ НА ЗНАЧЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ
В ЗАГОТОВКЕ ПРИ ОБЖИМЕ
В статье рассмотрен процесс редуцирования элементов труб из титана ВТ6 с нагревом. Выполнены исследования, позволяющие оценить изменения максимальных величин деформаций в зависимости от угла конусности матрицы при небольших степенях деформаций. Ключевые слова: обжим, нагрев, горячее деформирование, деформации.
В статье представлены результаты исследований деформационных параметров про-
цесса обжима труб из титана ВТ6 в режиме горячего деформирования [1-4]. Геометрические характеристики рабочего инструмента могут оказывать огромное влияние на протекание процесса обжима. Одной из ключевых характеристик геометрии для данной операции является угол конусности матрицы. Изменение угла конусности матрицы может оказывать заметное влияние на характеристики операции даже при небольших степенях деформации. Далее будут представлены результаты исследований, позволяющие оценить изменение максимальных величин деформаций в зависимости от угла конусности матрицы и контактного трения при коэффициенте обжима кобж = 0,9.
Исследовался процесс обжима для трубной заготовки из титанового сплава ВТ6, нагре-
ваемой в зоне деформаций до температуры 900°С . Считаем, что штамповка реализуется в изотермическом режиме. Диаметр заготовки считаем равным 80 мм. Толщина стенки 5 мм. Матрица имеет рабочий заходной участок с конусностью, исследуемой в диапазоне 10...30° . Коэффициент трения 0,15...0,7.
На рис. 1 дана схема операции с указанием ключевых геометрических характеристик.
На рис. 2 даны схемы с указанием полей деформаций в стенке заготовки для углов конусности а = 10° и а = 30° с разными коэффициентами контактного трения ц = 0,15 и ц = 0,7.
Н.А. Усенко, Н.С. Мальцева, С.Н. Михальченко
Рис. 1. Схема обжима
Strain - Total - Max principal (mm/mm) 0.161 (■>
Strain * Total - Май principal {mm/mm)
■ 1 0 141
1 J 0 121 1 0101 1
o.oeoi
0.0603
0.0402 ■
0 0201
-0 0000650 1 -O.0OD0650 а 1 Min
Strain ■ Total ■ Max principal {mm/mm) 0.295
0.258
0.221
I
0 1S4
0,147
0.110
0 073S
0 0363
I
1 0169
> 0.147
0 126
■ 1 0105
0.0834
0.0620
0.0407
0.0194
-0 00192
-0 00192
I I
Strain - Total - Max principal (mm/mm)
I "
-0.00000146 ■O.OOOOD146 Min
0.321
0.281
0.241 1
0.201 ■
0.161 1
0.120
0.0803 ■
0.0402
0.0000186 0 0000186 I Min
0.321 Max
Рис. 2. Схемы с указанием полей деформаций в стенке заготовки: а - а = 10° ; ц = 0,15 ; б - а = 10° ; ц = 0,7; в - а = 30°; ц = 0,15 ; г - а = 30° ; ц = 0,15
Видно, что увеличение угла а ведет к росту максимальных значений деформаций на 90 %, а рост контактного трения приводит к росту деформаций на 6 % для а = 10° и на 8 % -
а = 30°.
На рис. 3 показаны схемы изделий с проиллюстрированными на них точками для контроля деформаций по внешней и внутренней сторонам детали.
_Р 7
ц
;р<
.pi
;Р;
,Р 2
р
Р 7
I
1 P6
P 5
P 4
P3
P 2
P 1
Р 7
Р 7
Р6
Р 5
/
Рис. 3. Контрольные точки 446
б
в
г
На рис. 4-6 представлены зависимости изменения максимальных значений деформаций для каждой из взятых точек от перемещения матрицы при разном контактном трении.
/Г7 / /Т5 —" /
/ Лу /г \/тъ, /п/
/ / У ' / п
0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 О
у/ / /
Т7/Т 6/75/ ГА/ТЪ /ту
/ / ^у У 71
0,2 0,4 0,6 0,8
по наружной стороне
ь
0,2
0,4
0,6
0,8
ц = 0,15
по внутренней стороне
/V
/ "
/ 77 /76 775 7 4/73 /72/
/ У У /У
0,2
0,4
0,6
0,8
по наружной стороне
по внутренней стороне
Ц = 0,7
Рис. 4. Изменение максимальных величин деформаций при обжиме (а = 10°)
>
/ / ■ У /
/ / /
/77 /Тв / Т5 / Т 4 /73 ,/72/
/ / / / /
' / / / / ^71
по наружной стороне
0,16 0,14 0,12 0,1
0,0В 0,06 0,04 0,02 О
|и = 0,15
8
0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 О
/
/ / /
/ / / /
- /
/
/77 Л'6, *ТЪТ\ тт га
у /
0,2 0,4 0,6 0,8
по внутренней стороне
X / --£"—
77 7=
/77 /Г6/Ц г* ТЪ/?Г2> 71
по наружной стороне
по внутренней стороне
Ц = 0,7
Рис. 5. Изменение максимальных величин деформаций при обжиме (а = 20°)
Установлено, что в деформации максимальны конечный момент времени деформирования. На начальных этапах деформирования с удалением от торца заготовки, подвергаемому обжиму величины максимальных деформаций снижаются. На конечном этапе деформирования величины максимальных деформаций имеют большую для точек, расположенных в области очага деформации. С ростом угла а с 10° до 30° деформации по наружной стороне растут на 90%. По внутренней стороне детали с ростом угла а с 10° до 30° деформации растут в 2 раза. Максимальные деформации по внутренней стороне детали на 12 % больше чем по наружной. При максимальных значениях контактного трения деформации по внутренней стороне детали на 30 % меньше чем по наружной.
С ростом контактного трения при а = 10° максимальные деформации практически неизменны. При а = 20° с ростом ц максимальные деформации увеличиваются в 2 раза. При а = 30° с ростом ц максимальные деформации увеличиваются на 30%.
О 0,2 0,4 0,6 0,8
по наружной стороне
&
0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 О
[Л = ОД 5
/ )
^—
/ / /
/ / /'
¡Т1/ ГУТА- /ту\
5
0,2 0,15 0,1 0,05 О
8 0,2 0,15 0,1 0,05
------
/Г 7/
/ / / //
/Т1/ Т6/Г: \ ТАА угу Г1
0 0,2 0,4 0,6 0,3 /;
по внутренней стороне
// л //
/ / ! / / /
Л7х тв/т. /7уу; П1
0,2
0,6
0,8
по наружной стороне
по внутренней стороне
ц = 0,7
Рис. 6. Изменение максимальных величин деформаций при обжиме (а = 30°)
Выполненное исследование позволило установить, что угол конусности матрицы, и коэффициент контактного трения влияют на деформированное состояние процесса. При корректном сочетании контактного трения и конусности инструмента можно добиться равномерного деформированного состояния оболочки, подвергаемой обжиму. Выявлены оптимальный диапазон углов (а = 12...18°) и коэффициентов трения (ц = 0,15...0,25).
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. № 10. С. 440-445.
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.
Усенко Николай Антонович, д-р техн. наук, профессор, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Мальцева Анталья Сергеевна, студент, sulee@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Михальченко Сергей Николаевич, аспирант, magistr_tsu@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
INFLUENCE OF THE DIE TAPER ANGLE ON THE VALUES OF DEFORMATIONS IN THE
BILLET DURING COMPRESSION
N.A. Usenko, N.S. Maltseva, S.N. Mikhalchenko,
The article discusses the process of reducing the elements of VT6 titanium pipes with heating. Studies have been carried out to assess the changes in the maximum values of deformations depending on the taper angle of the matrix at small degrees of deformations.
Key words: crimping, heating, hot deformation, deformation.
Usenko Nikolay Antonovich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Maltseva Antalya Sergeevna, student, sulee@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Mikhalchenko Sergey Nikolaevich, postgraduate, magistr_tsu@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.77; 621.7.043
ПОВРЕЖДАЕМОСТЬ МАТЕРИАЛА ПРИ ВЫТЯЖКЕ ПЛОСКОЙ КВАДРАТНОЙ
ЗАГОТОВКИ
Н.А. Самсонов, Р.С. Благочиннов
Рассмотрено получение цилиндрической пустотелой оболочки посредством вытяжки квадратной листовой заготовки. Рассмотрены несколько схем формоизменения. Для каждой из схем выполнена оценка изменения деформаций и повреждаемости материала заготовки.
Ключевые слова: вытяжка, подталкивание, квадратные заготовки, формоизменение.
В статье исследована операция изготовления цилиндрических изделий из квадратной плоской заготовки посредством ее вытяжки. В процессе вытяжки при превышении допустимых степеней деформации возможно возникновение дефектов в виде разрушения материала или складкообразования [1-4]. Для этого рассмотрено формоизменение квадратной заготовки по разным схемам деформирования в целях оценки деформационных параметров процесса. На рис. 1 представлены схемы вытяжки без подталкивания и с активным подталкиванием.
Заготовка под выполнения моделирования исследуемого процесса представляет собой плоский квадрат со стороной Ь = 90 мм из конструкционной стали 10. Толщина заготовки варьировалась в диапазоне 5 = 1,5.. .5 мм. Рабочее отверстие матрицы представляет собой цилиндрическую поверхность с диаметром в диапазоне ё = 60...75 мм.
Исследовано изменение повреждаемости материала, интенсивности деформаций и максимальных значений деформаций в различных точках на наружной и внутренней поверхности заготовки (рис. 2).
