CC BY
55
УДК. 621.7, 539.3
ВЛИЯНИЕ ТРЕНИЯ В ПРОЦЕССЕ ОБРАТНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ ВОЛНОВОДОВ ПРЯМОУГОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ
П.Ю. Бегов, В.Д. Кухарь, А.Н. Пасько
Представлены результаты исследования влияния трения в процессе изготовления волноводных труб прямоугольного профиля методом обратного выдавливания, с использованием программного комплекса QForm 2В/3В.
Ключевые слова: волновод, обратное выдавливание, метод конечных элементов.
Ранее в статье [1] были проведены исследования напряженно-деформированного состояния заготовки в процессе изготовления волноводных труб методов обратного выдавливания, с использованием программного комплекса QFrom 2Б/3Б.
Для более подробного изучения процесса изготовления волноводной трубы прямоугольного профиля (рисунок 1) были проведены экспериментальные исследования по влиянию фактора трения на силовые характеристики процесса.
Рис. 1. Прямоугольный волновод с одним фланцем
Под фактором трения понимается коэффициент пропорциональности в модели трения, предложенной А. Н. Левановым [2]. Эта модель применяется в системе QFrom для задания граничных контактных условий:
т = т
Леванова
1 - е
-
\
У
где т - контактное касательное напряжение; т - фактор трения; ап - нормальное контактное давление; аТ - напряжение текучести материала заготовки; к - коэффициент Леванова.
Характер кривой, описываемой законом А.Н. Леванова, сильно за-
висит от значения коэффициента степени при экспоненте (к).
В качестве исходных данных для моделирования принимали:
- материал заготовки - алюминиевый сплав АД [3], используемый для изготовления деталей и полуфабрикатов методом горячей и холодной штамповки;
- исходная температура заготовки и инструмента - 20 °С;
- коэффициент Леванова - постоянный и равный 1,25;
- скорость перемещения пуансона - 10 мм/с;
- максимальное усилие процесса - 50 МН;
- материал инструмента - 9ХВГ;
- фактор трения - изменяется в диапазоне от 0 до 0,3.
Заготовка имеет центрально расположенное отверстие прямоугольной формы длинной 9 мм и шириной 4,5 мм (рис. 2). Заготовку получают вырубкой. Длина получаемой детали составляет 70 мм, ширина фланца волновода 4 мм.
В пуансоне реализован рабочий поясок, формирующий наружную поверхность волноводной трубы (рис. 2). Высота рабочего пояска выбрана 10 мм исходя из условия Ь = (5 10)£ [4], где £ - толщина получаемой заготовки. В состав матрицы входит направляющий вкладыш, имеющий размеры центрально расположенного отверстия заготовки.
> ;>
/ /
/ X
/ /
/ /
/ /
/ /
/ /
/ X
/ /
/ /
/ /
/ /
/ /
о со
/ /
/ /
/ /
/ /
/ /
/ /
/ /
/ /
/ /
/ /
/ /
X
Рис. 2. Размеры заготовки и рабочего пояска пуансона
377
С помощью графической системы QShape трехмерные модели заготовки и инструмента были разбиты на пространственные тетраэдральные элементы (рис. 3) для последующего моделирования в Qform методом конечных элементов.
а б в
Рис. 3. Конечно-элементные модели: а - заготовка; б - матрица;
в - пуансон
Результаты компьютерного моделирования сравниваемых показателей фактора трения представлены на рисунках 4-7.
Характер распределения температуры, интенсивности напряжения и пластической деформации изображены на рисунке 4. Наибольший интерес представляют зона контакта пуансона с заготовкой и внутренние грани волновода.
Максимальная температура заготовки в данном процессе была зафиксирована в области начала формирования волноводной трубы, в зоне контакта заготовки с пуансоном (рис. 4, б). Различие между максимальным и минимальным показателем при граничных факторах трения составляет 48%.
На рис. 7 изображены графики зависимости интенсивности напряжений в характерных точках 1 и 2 заготовки от фактора трения т. Характер графиков позволяет сделать вывод о том, что в области рассматриваемых значений т фактор трения практически не влияет на интенсивность напряжения. Максимальная интенсивность напряжения наблюдается на гранях канала волновода в характерных точках 1 и 2 (рис. 4, в). Причём на внутренней грани (точка 2) они выше, чем на внешней (точка 1) на 10%.
На рис. 8 изображен график зависимости пластической деформации (по определению, принятому в QForm) от фактора трения т. Показатели пластического формоизменения монотонно увеличиваются по высоте зоны обработки. Наибольшие их значения наблюдаются на внутренних гранях волновода в характерной точке 2 при факторе трения т=0,2 и достигают величины 900%.
60
80
в
Рис. 4. Характер распределения: а - температуры (°С); б - интенсивности напряжения (МПа); в - пластической деформации
Фактор трения
Рис. 5. График зависимости силы процесса от т
Фактор трения
Рис. 6. График зависимости температуры от т в характерных точках
140 120 100 80 60 -40 20
■~г
|
“точка 1 ■ ■
0,05
0,1
- -г . _|_
0,2
точка 2
0,25
0,3
0,15
Фактор трения
Рис. 7. График зависимости интенсивности напряжений от т
в характерных точках
Л
о
о
и
10
9
8
7
6
5 ~\ 4 3 2 1 0
_ точка 1 ■ ■ ■точка 2
I________________I__________
0 0,05 0,1 0,15 0,2
Фактор трения
0,25
0,3
Рис. 8. График зависимости пластической деформации от т
в характерных точках
0
Рис. 9. Графики зависимости силы от перемещения пуансона
при разных показателях т
На рис. 9 изображены графики зависимости силы процесса от хода пуансона при разных показателях фактора трения т. Установление стационарного режима соответствует заполнению материалом заготовки зоны всестороннего сжатия и началу формирования канала волновода. Влияние фактора трения на силу процесса в пределах рассматриваемых значений т практически линейно. Минимальный показатель силы процесса наблюдается при факторе трения 0, максимальный - при т=0,3. При увеличении трения сила процесса возрастает почти в 2 раза.
Список литературы
1. Кухарь В. Д., Пасько А.Н. Бегов П.Ю., Математическое моделирование процесса изготовления волноводных труб методом обратного выдавливания. Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением. №14, 2013.
2. Леванов А.Н., Колмогоров В.Л., Буркин С.П., Картак Б.Р., Атттпур Ю.В., Спасский Ю.И. Контактное трение в процессах обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1976, 416 с.
3. Справочник по конструкционным материалам: Справочник / Б.Н.Арзамасов, Т.В. Соловьёва, С.А Герасимов и др.; под ред. Б.Н. Арза-масова, Т.В. Соловьёвой. М.: Изд.во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2005. 640 с.
4. Корсаков В.Д. Справочник мастера по штампам. Л.: Машиностроение, 1973. 192 с.
Бегов Павел Юрьевич, асп., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Кухарь Владимир Денисович, д-р техн. наук, проф., проректор, mpf-tula aramhler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Пасько Алексей Николаевич, д-р техн. наук, доц., aleksey.n.paskoamail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
FRICTION INFLUENCE IN THE RETURN EXTRUSION PROCESS OF THE RECTANGULAR PROFILE WAVE GUIDES
P. U. Begov, V.D. Kuchar, A.N. Pasko
Results of research of influence offriction in the process ofproduction of the rectangular profile waveguide tubes hy a method of the return extrusion, with use of the program QForm 2D/3D complex are presented.
Key words: wave guide, return extrusion, method of finite elements.
Begov Pavel Jur'evich, postgraduate, Boyko-OA ayandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Kukhar Vladimir Denisovich, doctor of technical sciences, professor, prorector, mpf-tula@ramhler. ru,, Russia, Tula, Tula State University,
Pasko Aleksej Nikolaevich, doctor of technical sciences, docent, aleksey. n.pasko@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК. 621.7, 539.3
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ПЛОСКОЙ КРУГЛОЙ ЗАГОТОВКИ В КОЛЬЦЕВУЮ МАТРИЦУ С ПОЛУЧЕНИЕМ ДЕТАЛИ ТИПА «ПОЛУТОР» СФЕРИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ В МЕРИДИАНАЛЬНОМ СЕЧЕНИИ
В. Д. Кухарь, А.Н. Пасько, О. А. Екимова
Рассматривается напряженно-деформированное состояние и силовые параметры процесса деформирования плоской круглой заготовки.
Ключевые слова: вытяжка, кольцевая матрица.
Процесс пластического формообразования детали типа «полутор» из плоской кольцевой заготовки характеризуется тем, что в процессе формоизменения на внешнем контуре детали реализуется операция вытяжки, а на внутреннем - операция раздачи [1, 2, 3]. Однако в результате получае-
