CC BY
3
ТЕХНОЛОГИИ И МАШИНЫ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ
УДК 621.7
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-4-418-419
ВЫДАВЛИВАНИЕ КОНИЧЕСКИХ ПУСТОТЕЛЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ С ВНУТРЕННИМИ УТОЛЩЕНИЯМИ
А.А. Пасынков, И.С. Хрычев
Рассматривается изготовление осесимметричной пустотелого полуфабриката конической формы с внутренними кольцевыми утолщениями методом выдавливания из прутковой заготовки. На основании результатов моделирования выявлено влияние степени деформации при формировании утолщений, скорости деформирования и трения на силу процесса и давление на рабочие поверхности инструмента. Проводится сравнение силовых режимов и напряженного состояния в очаге деформации с методом изготовления таких деталей за два перехода (выдавливание и формообразование утолщений) в части энергосиловых режимов.
Ключевые слова: выдавливание, моделирование, формоизменение, сила, напряжения.
В статье рассмотрена возможность получения осесимметричных пустотелых полуфабрикатов из прутковых титановых заготовок. Формообразуемые полуфабрикаты имеют внутренний рельеф в виде ступенчатых кольцевых утолщений у донной части. Предполагается, что в результате дальнейшей обработки полуфабрикаты должны представлять собой пустотелые корпуса без донной части, применяемые в изделиях ответственного назначения. Поэтому необходимо использовать прочные и относительно легкие металлы и сплавы. При их обработке требуется нагрев до температур горячей штамповки.
Предполагается получение результатов в виде зависимостей силовых режимов деформирования и напряжений в очаге деформации от технологических параметров. Проводится сравнение силовых режимов и напряженного состояния в очаге деформации, с методом изготовления таких деталей, связанных с отдельным получением полуфабриката и нанесением рельефа на его внутреннюю поверхность. Ввиду этого выполнено моделирование в комплексе DEFORM.
В процессе моделирования варьировалась скорость деформирования 5...50 мм/мин; коэффициент контактного трения 0,3.0,7; наружный радиус полости пуансона 117.121 мм и высота формируемого утолщения 45 мм. Больший диаметр полуфабриката 300 мм. Угол конусности инструмента 10°. Угол конусности полуфабриката 10°. Толщина стенки 15 мм. Диаметр заготовки 258 мм. Высота заготовки 96,5 мм.
На рисунке 1 даны эскизы исходной заготовки и формообразуемой детали.
D,
D,
36.5
-
Z 96 5-
25В
D,
1
Y 258
Рис. 1. Эскиз заготовки (а) и детали (б)
На рис. 2. приведен график изменения сил при выдавливании прутка в целях получения полуфабриката под дальнейшее формообразование кольцевых утолщений.
418
б
а
Р, кН
20000 15000
10000 5000
о
о 0,2 0,4 0,6 0,8 /7
Рис. 2. График изменения сил при выдавливании: 1 - У0 = 5 мм/мин; 2 - У0 = 50 мм/мин
Как видно из графика, сила при выдавливании прутковой заготовки достигает величины 18000 кН. При снижении скоростей деформирования до значения 5 мм/мин величина силы уменьшается на 30 %.
На рисунке 3 показан график изменения силы выдавливания в зависимости от относительной толщины формируемого кольцевого выступа при выдавливании прутковой заготовки с формированием внутреннего рельефа.
Р, кН
22000
18000 14000 10000
0,25 0,35 0,45 J
Рис. 3. График изменения силы от относительной толщины кольцевого выступа: 1 - V0 = 5 мм/мин; 2 - V0 = 50 мм/мин
Установлено, что рост относительной толщины кольцевого выступа с 0,25 до 0,55 приводит к увеличению силы штамповки на 25 %. При снижении скоростей деформирования с 50 мм/мин до 5 мм/мин величина силы уменьшается на 25 %.
На рис. 4 получен график изменения давления на рабочей поверхности пуансона в области формирования ребра в зависимости от относительной толщины
формируемого кольцевого выступа при выдавливании прутковой заготовки с формированием внутреннего рельефа.
q, МПа
800 600 400
200 0
0,
Рис. 4. График изменения давления от относительной толщины кольцевого выступа: 1 - У0 = 5 мм/мин; 2 - У0 = 50 мм/мин
Увеличение относительной толщины кольцевого выступа в интервалах, представленных, на графике выше приводит к снижению давления на рабочую поверхность пуансона в зоне формирования выступа на 18 % для скорости деформирования 5 мм/мин и на 35 % для скорости деформирования 50 мм/мин.
На рис. 5 приведен график изменения максимальных величин интенсивностей напряжений при выдавливании прутковой заготовки с формированием внутреннего рельефа.
419
1 2
\
Известия ТулГУ. Технические науки. 2024. Вып. 4
г>!, МП а
120 100 80 60 40 20 0
о.
Рис. 5. График изменения максимальных величин интенсивностей напряжений от относительной толщины кольцевого выступа: 1 - V0 = 5 мм/мин; 2 - V0 = 50 мм/мин
Увеличение относительной толщины кольцевого выступа в интервалах, представленных на рис. 5 ведет к росту интенсивностей напряжений в детали на 5 % для скорости деформирования 5 мм/мин и на 9% для скорости деформирования 50 мм/мин. Увеличение скоростей деформирования приводит к росту интенсивностей напряжений на 25%.
Анализируя полученные результаты, было установлено, что при выдавливании заготовки с рельефом на внутренней поверхности на инструменте возникают силы величиной от 14000 до 16000 кН в зависимости от толщины кольцевого утолщения при небольших скоростях деформирования. Давления на рабочей поверхности пуансона в области формирования ребра в зависимости от толщины кольцевого утолщения имеют величины от 280 до 340 МПа. Выдавливание прутка для получения полуфабриката под дальнейшее формообразование кольцевых утолщений дает силу порядка 11000 кН. Выдавливание кольцевых утолщений на этом полуфабрикате за отдельную операцию дает силу деформирования приблизительно 1500.3000 кН. Сравнивая и анализируя эти данные можно сказать, что несмотря на увеличение количества операций формоизменения, и соответственно, рост времени на производство изделий формообразование кольцевых утолщений на полуфабрикатах позволяет заметно разгрузить инструмент в плане силовой нагрузки на его рабочие части и соответственно повысить его стойкость.
Работа выполнена в рамках гранта РНФ 23-29-00470.
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
Хрычев Иван Сергеевич, студент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
EXTRUSION OF HOLLOW CONICAL SEMI-FINISHED PRODUCTS BY INTERNAL THICKENINGS
/ /
1 / 2/
25 0,35 0,45 t
A.A. Pasynkov, I.S. Khrychev 420
The manufacture of an axisymmetric hollow semi-finished product of conical shape with internal annular thickenings by extrusion from a bar billet is considered. Based on the simulation results, the influence of the degree of deformation during the formation of thickenings, the rate of deformation and friction on the process force and pressure on the working surfaces of the tool was revealed. The comparison of the power modes and the stress state in the deformation site with the method of manufacturing such parts in two transitions (extrusion and shaping of thickenings) in terms of energy-power modes is performed.
Key words: extrusion, modeling, shape changes, force, stresses.
Pasinkov Andrey Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Tula, Russia, Tula State
University,
Khrychev Ivan Sergeevich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.763:621.77:539.3
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-4-421 -423
ХАРАКТЕР УПРОЧНЕНИЯ АДДИТИВНЫХ СПЛАВОВ ВЫСОКОЙ ПРОЧНОСТИ
А.Н. Чуканов, В.А. Коротков, А.А. Яковенко, Е.В. Цой, А.А. Фролов
В данной статье описано поведение образцов порошкового жаропрочного сплава Inconel 718, изготовленных по аддитивной технологии селективного лазерного сплавления (SLM), в ходе их деформирования растяжением по ГОСТ 11701-84. Анализируется роль технологической анизотропии образцов, характерной для технологии SLM, и её влияние на характер упрочнения готовых изделий из сплава Inconel 718. Описана технология фото- и видеофиксации, а также измерения локальных деформаций в образцах. Растяжению подвергали плоские образцы, с нанесённой на их поверхность делительной сеткой. В ходе испытаний локализованную деформацию образцов определяли путём измерения геометрии изображений делительной сетки. Проведённый статистический анализ вида и характеристик диаграмм деформации, полученных при растяжении, позволил определить характер изменения истинного напряжения от логарифмической деформаций образца из исследованного материала. Установили линейный характер упрочнения исследованного материала при растяжении в области малых значений логарифмических деформаций и степенной его характер при логарифмических деформациях £( в диапазоне от 0,03 до 0,17. Выявлена необходимость учёта данного факта при разработке технологических процессов производства изделий ответственного назначения из исследованного материала.
Ключевые слова: Inconel 718, SLM, коэффициент анизотропии, интенсивность напряжений и деформаций, характер упрочнения
Введение. Порошковую жаропрочную сталь Inconel 718 широко используют для производства ответственных изделий повышенной и усталостной прочности, работающих в области высоких температур [1-3]. Анизотропия (А) её структуры и физико-механических свойств, формирующаяся в ходе аддитивной технологии изготовления (селективного лазерного сплавления (SLM)), аналогично анизотропии листовых материалов слиткового производства (проката сталей и сплавов) [4,5], оказывает влияние на эксплуатационные характеристики изделий [6-8]. В отличии от анизотропии листового проката образование текстуры (предпочтительной ориентировки кристаллографических осей в микрообъёмах выращиваемого материала, характера распределения, ориентировки фаз и дефектов, а также остаточных напряжений), связано с послойным лазерным расплавлением порошка в ходе SLM [9]. В ходе остывания микрообъёмы ванн расплава приобретают преимущественную ориентировку параллельную направлению выращивания.
Направленность кристаллографической текстуры вдоль оси выращивания образцов, имеющих простую геометрию (параллелепипедов, цилиндров) отмечена для многих материалов, соответствующих стандартам [10,11], сплавов 1псопе1 718, 1псопе1 738LC, №Сг, №Т и др. Строчечная структура сохраняется даже после дополнительного отжига, определяя различие свойств вдоль и поперек готового изделия [9].
Изучение кинетики развития анизотропии в образцах, изготовленных из порошкового сплава Inconel 718 методом SLM показывает, что для них, также, как и для листовых материалов, влияние анизотропии можно контролировать на базе коэффициента анизотропии (показателя Ланкфорда ^) [12]. Изменение R отражает характер и скорость упрочнения, как во всём изделии, так и в его локальных микрообъёмах. Анализ динамики R позволяет изучать механизм влияния анизотропии, а также контролировать и прогнозировать на основе полученных результатов надёжность готовых изделий [13-15].
Цель работы - определение характера упрочнения и коэффициентов плоскостной анизотропии от логарифмической деформации в поперечных и продольных сечениях нагруженных образцов, изготовленных по аддитивной технологии SLM путём анализа коэффициента анизотропии.
Материал и методики исследования. Объекты исследования - плоские образцы (100х10х2мм) порошкового жаропрочного сплава 08ХН53БМТЮ (аналог AISI 1псопе1 718), изготовленные по SLM-технологии в вертикальном направлении относительно платформы 3^-принтера £ХМ280 2.0ИЬ.
