CC BY
14
ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
УДК 621.983; 539.374
ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ДЕФОРМИРОВАНИЯ НА СТОЙКОСТЬ ИНСТРУМЕНТА ПРИ КОМБИНИРОВАННОМ ВЫДАВЛИВАНИИ ПРУТКОВЫХ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК
С.Н. Ларин, НА. Усенко, О.Ю. Гурова
В работе представлены результаты исследований, основанных на моделировании процесса комбинированного выдавливания прутковых стальных заготовок. Установлено влияние различных геометрических параметров и режимов технологии на инструмент. Выявлены параметры операции, при которых инструмент испытывает минимальные нагрузки/
Ключевые слова: комбинированное выдавливание, пуансон, матрица, напряжения, деформации.
В процессе комбинированного выдавливания вследствие больших нагрузок как материале заготовок, так и в инструменте возникают значительные напряжения, которые влияют как на качество изделий, так и на стойкость инструмента. Так как инструмент для обработки давлением дорогой вопрос снижения нагрузок является актуальным. В связи с чем в статье представлены результаты исследований, основанных на моделировании процесса комбинированного выдавливания прутковых стальных заготовок. Исследование выполнялось в программе DEFORM.
На рис. 1 представлена схема процесса.
Рис. 1. Схема процесса выдавливания
396
При моделировании принимались следующие геометрические параметры инструмента: диаметр матрицы Г = 80 мм; основной диаметр матрицы Г = 70 мм; диаметр верхнего пуансона Бп = 70...74 мм; диаметр нижнего пуансона Г = 60...64 мм; углы скосов пуансона 30...90°. Заготовка имела высоту и диаметр Н = 25 мм; Г = 80 мм. Материала заготовки - сталь 45.
Выполнялась оценка влияния редукции, определяемой по выражениям
ч2 -л2 . гл2
Г1
Гп_
г2
г2 =
Г - Г + Г
Г2
на значения напряжений в пуансоне и матрице при разных
величинах трения и углах скоса.
На рис. 2 представлены схемы, позволяющие определить значения напряжений в инструменте для разных значений редукции.
г д
Рис. 2. Значения напряжений для разных значений редукции (т = 0,07): а - г1 = 0,4, г2 = 0,85; б - г1 = 0,64 , г2 = 0,85; в - г1 = 0,8, г2 = 0,85; г - г1 = 0,64 , г2 = 0,9; д - г1 = 0,8 , г2 = 0,9 На рис. 3 представлены схемы, позволяющие определить значения напряжений в матрице и пуансоне для значений контактного трения, принимаемого равным т = 0,15 .
Из рис. 2 и 3 видно, что рост величины Г приводит к заметному росту растягивающих напряжений в матрице. Причем наибольшие значения напряжений наблюдаются в области конического участка матрицы. При значении редукции Г = 0,8 растягивающие напряжения в матрице превышают предел прочности материала инструмента. Возможно разрушение. Варьирование значения Г2 не приводит к критичному изменению напряжений. Увеличение контактного трения приводит к росту напряжений на 10 %. Увеличивается так же площадь поверхности со значительными напряжениями.
397
а б
Рис. 3. Значения напряжений для значения контактного трения т = 0,15 :
а - г1 = 0,64 , г2 = 0,85 ; б - г1 = 0,8, г2 = 0,85
Кроме того, выполнялось моделирование данного процесса для разных значений углов конусности кромок деформирующего пуансона и их радиуса скругления. На рис. 4 представлена зависимость изменения максимальных растягивающих напряжений
от редукции Г и радиуса скругления кромок.
Рис. 4. Зависимость изменения растягивающих напряжений от редукции ?
(г1 = 0,8, г2 = 0,85): 1 - Я = 0,5 мм; 2 - Я = 2 мм
Установлено, что рост редукции в рассматриваемом диапазоне приводит к росту растягивающих напряжений на 50...60%. Увеличение радиуса скругления кромок позволяет снизить напряжения на 20.30 %. Критические напряжения в инструменте начинают формироваться для редукции равной 0,55 при Я = 2 и для редукции, равной 0,72 при Я = 0,5 .
На рис. 5 представлена зависимость изменения максимальных растягивающих напряжений от углов конусности кромок деформирующего пуансона.
Как показал анализ зависимостей, представленных рис 5 увеличение угла конусности пуансона до величины 43° приводит к снижению напряжений на 7%, а затем напряжения растут на 33% . Рост радиуса скругления пуансона приводит к снижению максимальных растягивающих напряжений на 38%.
Рис. 5 Зависимость изменения максимальных растягивающих напряжений от углов конусности кромок деформирующего пуансона (г = 0,8, Г2 = 0,85)
Так же выполнен анализ влияния температуры заготовки на величины максимальных растягивающих и сжимающих напряжений в инструменте. На рис. 6 показана схема операции для случая, когда температура заготовки равна 250°С. Увеличение
температуры заготовки до 250°С приводит к снижению напряжений в инструменте на 30.. .40%.
Рис. 6. Значения напряжений при деформировании нагретой до 250°С заготовки
(г = 0,8 , г2 = 0,85 )
Анализ полученных результатов позволяет сказать, что мониторинг напряженного состояния инструмента является необходимым ввиду возможного его разрушения при превышении допустимой нагрузки. Для обеспечения благоприятного напряженного состояния инструмента желательно не превышать величины допустимых деформаций. Увеличение температуры заготовки и упрощение рабочих поверхностей инструмента позволяет снизить напряжения в инструменте и увеличить допустимые деформации.
Работа выполнена в рамках гранта РФФИ 20-08-00401.
Список литературы
1. Яковлев С.П., Яковлев С.С., Андрейченко В. А. Обработка давлением анизотропных материалов. Кишинев: Квант. 1997. 332 с.
2. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1968. 283 с.
3. Чудин В.Н., Пасынков А.А. Нестационарные процессы изотермической штамповки // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением. 2018. №6. С. 23-28.
4. 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.
5. Полухин П.И., Гун Г.Я., Галкин А.М. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов. Справочник. M., Металлургия, 1976. 488 с.
6. Демин В. А., Черняев А.В., Платонов В.И., Коротков В. А. Методика экспериментального определения механических и пластических свойств материала при растяжении с повышенной температурой // Цветные металлы. 2019. №5. С. 66-73.
Ларин Сергей Николаевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Гурова Ольга Юрьевна, студент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Усенко Николай Антонович, д-р техн. наук, профессор, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
INFL UENCE OF DEFORMA TION CONDITIONS ON TOOL LIFE A T COMBINED
EXTRUSION OF STEEL BARS
S.N. Larin, N.A. Usenko, O.Yu. Gurova
The paper presents the results of studies based on modeling the process of combined extrusion of bar steel blanks. The influence of various geometric parameters and modes of technology on the tool has been established. The parameters of the operation at which the tool experiences minimum loads are revealed
Key words: combined extrusion, punch, matrix, stresses, deformations.
Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, head of department, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Gurova Olga Yurievna, student, mpf-tula@ram bler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Usenko Nikolay Antonovich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
