CC BY
11
Подтягин Валентин Эдуардович, студент, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Никишкин Александр Евгеньевич, студент, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
RESEARCH OF STRESSES IN THE TOOL AT HOT VOL UME STAMPING OF TUBE BILLETS
WITH A FLANGE
S.S. Yakovlev, V.E. Podtyagin, A.E. Nikishkin
The article presents the results of computer simulation of hot die forging, shows the distribution of stress intensity in the tool, reveals the maximum values of this parameter in the areas of interest, and plots are plotted based on the data obtained.
Key words: stress, tool, pipe billet with flange, die, stamping.
Yakovlev Sergey Sergeevich, master, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Podtyagin Valentin Eduardovich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Nikishkin Alexandr Evgenevich, student, mpf-tula@rambler ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.98; 539.376
ВЫСАДКА ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ В ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
Н.А. Шамин
Представлены результаты моделирования процесса изотермического обжима трубных заготовок из высокопрочных алюминиевых сплавов. По результатам моделирования получены зависимости влияния степени деформации, температурно скоростных условий на силу процесса и напряженное состояние материала.
Ключевые слова: высадка, напряжения, изотермическая штамповка, сила, степень деформации.
Изотермическую штамповку применяют для деформирования деталей из высокопрочных сплавов. При этом во время деформирования реализуется сложное течение материала [1-3]. Для получения утолщений на трубах под соединение между собой перспективными выглядят процессы набора утолщений высадкой. Но процессы эти весьма сложные в плане течения металла и получения стабильного качества изделий. Изотермическая штамповка позволяет значительно сократить дефектообразование, снизить напряжения и давления операции. Проведем в этой связи моделирование высадки трубных заготовок из алюминиевого сплава АМг5 в программе QFORM. Схема процесса показана на рис. 1.
Г0
Рис. 1. Схема высадки 188
На рис. 2 представлена схема к моделированию процесса. На схеме изображено положения инструмента и заготовки до и после реализации высадки.
а б
Рис. 2. Схема процесса: а - до высадки; б - после высадки
Режимы высадки оценивались для сплава АМг5 при 400 °С . Исходные размеры заготовки: Го = 40 мм; г = 25 мм; 30 мм; 35 мм; к) = 20 мм; И = 5 мм. Скорость перемещения инструмента Уо = 0,01...50 мм/с. На рис. 3 представлены схемы к оценке распределения напряжений в высаживаемой части детали в конечный момент деформирования.
У = 0,01 мм/с
У = 50 мм/с
У = 0,01 мм/с
У = 50 мм/с
У = 0,01 мм/с
У = 50 мм/с
Рис. 3. Распределение напряжений в высаживаемой части детали:
а - г1/ г0 = 0,875; б - г1 / г0 = 0,75; в - г1 / г0 = 0,625
а
б
в
Из представленных схем видно, что с ростом скорости деформирования с 0,01 до 50 мм/с значения напряжений растут в среднем в два раза. Максимальные напряжения - сжимающие. И сосредоточены они в стенке заготовки. По мере перемещения материала заготовки во фланец величины напряжений заметно снижаются.
На рис. 4 представлены схемы к оценке распределения деформаций в высаживаемой части детали в конечный момент деформирования.
Из этих схем видно, что с ростом скорости деформирования с 0,01 до 50 мм/с значения величин деформаций не изменяются. Максимальные величины деформации в заготовке сосредоточены на контактной поверхности формируемого фланца и поверхности матрицы. На их величины может оказывать влияние значение контактного трения.
V = 0,01 мм/с
V = 50 мм/с
Рис. 4. Распределение деформаций в высаживаемой части детали:
а - г1 / г0 = 0,875 ; б - г1 / г0 = 0,75 ; в - г1 / г0 = 0,625
По результатам моделирования были выявлены силовые режимы процесса. На рис. 5 представлены зависимости изменения удельного давления высадки от относительной толщины стенки высаживаемой трубы.
а. МП а
=50 мм/с
Гд =0.01 лш/с
и, г ¿3 и, I /
Рис. 5. Зависимости изменения удельного давления высадки от относительной толщины стенки высаживаемой трубы
Из представленной зависимости видно, что с ростом относительной толщины стенки заготовки с 0,625 до 0,85 (что соответствует интервалу толщин стенки от 5 до 15 мм) удельное давление снижается в среднем в 5 раз. Рост скорости перемещения ползуна пресса с 0,01 до 50 мм/с приводит к росту силы, но не значительному (в среднем на 20%).
На рис. 6 представлены зависимости изменения удельного давления высадки от относительной высоты высаживаемого фланца.
Рис. 6. Зависимости изменения удельного давления высадки от относительной высоты высаживаемого фланца
в
Из представленной зависимости видно, что с ростом относительной высоты высаживаемого фланца с 0,25 до 0,5 удельное давление снижается в среднем в 1,5 раза. Рост коэффициента трения приводит к росту давления на 20%.
Полученные результаты позволили установить влияние геометрических характеристик заготовки, степени деформации, а так же параметров инструмента и оборудование на давление, напряжения и деформации при высадке. Наибольшее влияние на ход процесса высадки оказывает степень деформации. Трение и скорость инструмента так же влияют, но не критично. Поэтому при назначении параметров технологии высадки необходимо руководствоваться требуемой степенью деформации.
Список литературы
1. Чудин В.Н. Расчетная модель нестационарного деформирования // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением. 2016. №5. С. 20-23.
2. Яковлев С.П., Чудин В.Н., Яковлев С.С., Соболев Я. А. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных материалов. М.: Машиностроение, 2003. 427 с.
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.
Шамин Никита Андреевич, студент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
DISPA TCH OF PIPE BILLETS FROM AL UMINUM ALLOYS IN ISOTHERMAL CONDITIONS
N.A. Shamin
The results of modeling the process of isothermal crimping of tube blanks from high-strength aluminum alloys are presented. Based on the simulation results, the dependences of the influence of the degree of deformation, temperature and temperature conditions on the strength of the process and the stress state of the material are obtained.
Key words: upsetting, stress, isothermal stamping, force, degree of deformation.
Shamin Nikita Andreevich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.73.01
ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР В ПРОЦЕССЕ ГОРЯЧЕЙ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК С ФЛАНЦЕМ
С.С. Яковлев, В.Э. Подтягин, А.Е. Никишкин
В данной работе показаны результаты исследования распределения температурных градиентов по объемы материала инструментов в процессе горячей объемной штамповки.
Ключевые слова: температура, нагрев, распределение температур, инструмент, трубная заготовка с фланцем.
Определение температур инструментов в процессе горячей объемной штамповки представляет собой немаловажную и актуальную задачу, которая способна определить условия и режимы штамповки, необходимость в предварительном нагреве оснастки, градиенты распределения нагрева [1-4].
В работе с помощью программного комплекса QForm было продолжено изучение влияния предварительного нагрева инструмента на условия штамповки [5]. В данной статье пойдет речь о распределении температур по толщине оснастки (рис. 1), определению максимальных значений температур на начальном этапе процесса (табл. 1 и рис. 2) и на конечном (табл. 2 и рис. 3).
В работе рассматривались три варианта нагрева оснастки, послужившие отправной точкой для исследования: 1 - до температуры 20°С; 2 - до температуры 250°С; 3 - до температуры 500°С.
