CC BY
1
Serezhkin Mikhail Aleksandrovich, candidate of technical sciences, docent, pehobatop@gmail. com, Russia, Moscow, Bauman Moscow State Technical University,
Lavrinenko Vladislav Yurievich, doctor of technical sciences, professor, head of the department, [email protected], Russia, Moscow, Bauman Moscow State Technical University,
Balakhontseva Nataliya Andreevna, senior lecturer, bmstu-bna@mail. ru, Russia, Moscow, Bauman Moscow State Technical University,
Tikhonova Elisaveta Alekseevna, masters, pehobatop@gmail. com, Russia, Moscow, Bauman Moscow State Technical University
УДК 621.7
DOI: 10.24412/2071 -6168-2024-4-440-441
ВОЗМОЖНОСТЬ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ВЫДАВЛИВАНИЯ ПРУТКОВОЙ ЗАГОТОВКИ
В ГОРЯЧИХ УСЛОВИЯХ
А.А. Пасынков, Ю.С. Галкин
Рассмотрена операция изготовления пустотелых оболочек из прутковой стальной заготовки посредством выдавливания металла в направлении противоположном движению пуансона. Выполнена оценка величин давлений на деформирующий элемент штампа при разных степенях деформации. Производится сравнение исследуемой операции выдавливания с операцией выдавливания, реализуемой в инструменте с активными силами трения. Установлены зависимости изменения сил при выдавливании прутковой от технологических параметров процесса для рассматриваемых схем деформирования.
Ключевые слова: выдавливание, моделирование, формоизменение, сила, активное трение.
Процессы объемного формообразования и, в частности, выдавливания связаны со значительными гидростатическими давлениями в объеме деформации, и соответственно высокими силовыми нагрузками на инструмент, что ведет к уменьшению его стойкости [1-9]. Нагрев заготовок перед деформированием до температур горячей штамповки приводит к снижению сил, но все равно существует проблема высоких давлений на пуансоны. Необходим поиск новых решений при проектировании технологий, связанных с обратным выдавливанием. Одним из таких решений является создание инструментом сил активного трения, позволяющих снизить силы деформирования. Ввиду этого выполнена оценка величин давлений на деформирующий элемент штампа при разных степенях деформации. Производится сравнение исследуемой операции выдавливания с операцией выдавливания, реализуемой в матрице, созываемой активные силы трения.
Ввиду этого выполнено моделирование операции, в ходе которого определено влияние режимов деформирования на силы. Моделирование выполнено в среде DEFORM 3D. Установлены зависимости изменения сил при выдавливании прутковой от технологических параметров процесса для рассматриваемых схем деформирования.
В качестве заготовки использовался пруток диаметром D0 = 70 мм. Материал заготовки - титановый сплав ВТ6. Температура штамповки 850°С. Диаметр заготовки и, соответственно рабочий диаметр матрицы DM = 84 мм. Диаметр пуансона Dn = 52.. .60 мм. Скорость перемещения пуансона 22 мм/мин. Скорость перемещения матрицы в случае использования активных сил трения V„ = 2,5.. .4Vn. Коэффициент трения ß = 0,3.
На рисунке 1 представлен эскиз исследуемой операции.
Рис. 1. Эскиз процесса выдавливания
440
На рисунке 2 приведены зависимости изменения силы выдавливания заготовки без схем с активным трением в зависимости от хода деформирующего пуансона й (отношение текущей толщины донной части к высоте заготовки) для разных величин степеней деформации (редукций г = О1/О0). Максимальные силы при обратном выдавливании прутковой заготовки в горячих условиях составляют для величины редукции г = 0,75 Р =800 кН, для величины редукции г = 0,8 Р =1000 кН и для величины редукции г = 0,85 Р =1200 кН. Таким образом рост силы составил 35 %. Максимальные силы при выдавливании по классической схеме наблюдаются на нестационарной стадии в начале процесса (й = 0,0'
Р, кН
1200 1000 800
600 400 200
Рис. 2. График изменений Р, кН от Л: 1 - г = 0,75; 2 - г = 0,8; 3 - г = 0,85
На рис. 3 приведены зависимости изменения максимальных величин интенсивностей напряжений для схемы без активного трения в зависимости от относительного хода деформирующего пуансона й. При выдавливании по рассматриваемой схеме с ростом степени деформации (увеличении редукции) наблюдается рост величин интен-сивностей напряжений на 18%. Для величины редукции г = 0,75 величина интенсивности напряжений составляет 170 МПа, для величины редукции г = 0,8 величина интенсивности напряжений составляет 185 МПа и для величины редукции г = 0,85 величина интенсивности напряжений составляет 200 МПа.
На рис. 4 приведены зависимости изменения максимальных величин растягивающих (1) и сжимающих (2) напряжений при деформировании прутка без активного трения в зависимости от относительного хода деформирующего пуансона й.
На величины максимальных напряжений в детали при выдавливании изменение степени деформации (увеличении редукции) не оказывает существенного влияния. С ростом редукции максимальные сжимающие напряжения растут на 10 %, максимальные растягивающие напряжения изменяются на 5%.
Предлагается схема выдавливания при которой матрица перемещается в направлении, противоположном пуансону и попутном направлению истечения металла. Матрица имеет конический магазин для размещения металла, выполняющего подпорную роль при перемещении материала стенки. Одновременно происходит ее утонением. Это должно позволить разгрузить пуансон. Соответственно снизятся силовые нагрузки. На рис. 5 дана схема процесса.
На рис. 6 приведены зависимости изменения сил на рабочем пуансоне для предлагаемой схемы с активным трением в зависимости от относительного хода деформирующего пуансона й.
441
ст ,МПа
0,2 0,4 0,6 0,8
а ,МПа
400 200 О -200 -400 -600
\ 0 ]
2 0 4 0,6 0,8 ^
/2
о , МПа
Рис. 4. График изменений ои МПа от Л: а - г = 0,75; б - г = 0,8; в - г = 0,85
А,
Д,
Рис. 5. Схема операции
Р, кН
1200000 1000000 800000 600000 400000 200000 О
3 2 7
/ ^
0,2 0,4 0,6 0,6
б
а
Рис. 6. График изменений Р, кН от Л: 1 - г = 0,75; 2 - г = 0,8; 3 - г = 0,85
442
Для схемы с активным трением при величине редукции г = 0,75 сила составила Р =640 кН, для величины редукции г = 0,8 Р =790 кН и для величины редукции г = 0,85 Р =1120 кН. Рост силы в этом случае составил 40 %. Максимальная величина силы формируется в середине рабочего хода деформирующего пуансона. Сравнивая эту схему с классической схемой без активного трения, можно сделать выводы о том, что применение активного трения по схеме, показанной на рис. 5 дает снижение силовой нагрузки на инструмент на 15.. .20 %, что должно положительно сказаться на эффективности производства изделий методами выдавливания.
На рис. 7 приведен график изменения максимальных значений интенсивности напряжений при величине редукции г = 0,8 в условиях деформирования с активным трением в зависимости от относительного хода деформирующего пуансона к.
МП а
2 сю
150
0,2
0,4
0,6
0,8
h
Рис. 7. График изменений at, МПа от h
На рис. 8 дана зависимость изменения максимальных величин растягивающих (1) и сжимающих (2) напряжений при величине редукции г = 0,8 при выдавливании с активным трением в зависимости от относительного хода деформирующего пуансона к.
а ,МПа
200 О -200 -400 -600 -800
м
о\ 0 2 0 4 0 6 0, )
Рис. 8. График изменений at, МПа от h: а - г = 0,75; б - г = 0,8; в - г = 0,85
Анализируя графики, представленные на рис. 7 и 8 можно сказать, что применение схемы выдавливания с активным трением дает снижение максимальных сжимающих напряжений на 15 %. Однако наблюдается рост интенсивности напряжений на 7 % и растягивающих напряжений на 5 %.
В целом, анализируя полученные результаты можно сделать выводы о том, что применение активного трения по предлагаемой схеме с одновременным утонением стенки позволяет снизить силу на 15 %, и соответственно сжимающие напряжения. При этом наблюдается незначительны рост интенсивности напряжений и растягивающих напряжений, что не окажет негативного влияние на качество изделий. Таким образом выдавливание по предлагаемой схеме позволяет снизить силовые нагрузки на рабочий инструмент, повышая его стойкость.
Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта ректора ФГБОУ ВО «Тульский государственный университет» для поддержки молодых ученых.
Список литературы
1. Яковлев С.С., Яковлев С.П., Чудин В.Н., Трегубов В.И., Черняев А.В. Изотермическое формоизменение из анизотропных материалов жестким инструментом в режиме кратковременной ползучести. М.: Машиностроение, 2009. 412 с.
2. Романов К.И. Механика горячего формоизменения металлов. М.: Машиностроение, 1993, 240 с.
3. Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. Учебник для студентов вузов. М.: Машиностроение, 1968, 400 с.
4. Теория обработки металлов давлением / Голенкова В.А., Яковлев С.П. и др. / М. Машиностроение. 2009. 442 с.
5. Чудин В.Н., Пасынков А.А. Нестационарные процессы изотермической штамповки // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением. 2018. №6. С. 23-28.
5. Малинин Н.Н. Ползучесть в обработке металлов. М.: Машиностроение, 1986. 216 с.
6. Пасынков А.А., Борискин О.И., Ларин С.Н. Теоретические исследования операции изотермической раздачи труб из труднодеформируемых цветных спавов в условиях кратковременной ползучести // Цветные металлы. 2018. №2. С. 74-78.
7. Larin S.N., Pasynkov A.A. Analysis of forming properties during the isothermal upsetting of cylindrical work-pieces in the viscous-plasticity mode // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Volume 441, Issue 1, 2 November 2018.
8. Alves L.M., Afonso R.M., Silva C.M.A., Martins P.A.F. Boss forming of annular flanges in thin-walled tubes. Journal of Materials Processing Technology. 2017, Volume 250, December Pages 182-189
9. Полухин П.И., Гун Г.Я., Галкин А.М. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов. Справочник. M., Металлургия, 1976. 488 с.
Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Галкин Юрий Сергеевич, аспирант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
THE POSSIBILITY OF INTENSIFYING THE EXTRUSION OF A BAR BILLET IN HOT CONDITIONS
A.A. Pasynkov, Y.S. Galkin
The operation of manufacturing hollow shells from a bar steel billet by extrusion of metal in the direction opposite to the movement of the punch is considered. The values of pressures on the deforming element of the stamp at different degrees of deformation are estimated. The investigated extrusion operation is compared with the extrusion operation implemented in a tool with active friction forces. The dependences of the change in forces during extrusion of the rod on the technological parameters of the process for the deformation schemes under consideration are established.
Key words: extrusion, modeling, shaping, force, active friction.
Pasinkov Andrey Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State
University,
Galkin Yuri Sergeevich, postgraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-4-444-445
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОТБОРТОВКИ
С.Д. Шеховцов
В данной статье рассматривается процесс листовой штамповки, в частности операция отбортовки, на примере изготовления детали из алюминиевой заготовки. Анализируется важность листовой штамповки в различных отраслях промышленности и отмечается ее преимущества, такие как высокая производительность и возможность создания сложных форм. В то же время, рассматриваюся недостатки, включая высокие затраты на разработку и изготовление штампов и ограничения по толщине и свойствам обрабатываемых материалов. Для оптимизации процесса отбортовки и повышения качества готовых деталей применяется компьютерное моделирование в программе QForm. Результаты моделирования показали, что изготовление требуемой детали из алюминиевой заготовки толщиной 1,5 мм возможно. Анализ графика технологической силы выявил, что максимальная сила деформирования не превышает 2,4 кН. Кроме того, установлено, что температура полуфабриката в результате формообразования не меняется, что свидетельствует об отсутствии влияния этого фактора на механические характеристики изделия.
Ключевые слова: технологическая сила, температура, компьютерное моделирование, обработка металлов давлением, штамповка, модель изделия, отбортовка.
Листовая штамповка является одним из наиболее распространенных и важных методов обработки металлов в производственной промышленности [1-3]. Этот процесс включает в себя деформацию металлического листа, полосы или заготовки с целью получения детали необходимой формы и размера [4]. Штамповка применяется в ав-
