CC BY
3
УДК 621.7
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-11-344-345
ВЫСАДКА ПУСТОТЕЛЫХ ТИТАНОВЫХ ОБОЛОЧЕК
А.А. Пасынков, Ю.В. Бессмертная
Обработкой давлением можно обеспечить локальный набор металла на полнотелых и пустотелых заготовках. В процессе деформирования формируются в материале заготовки формируются как положительные, так и отрицательные напряжения. Есть необходимость оценки величин интенсивностей напряжений и величин средних напряжений, формируемых в заготовке. Для чего выполнено моделирование деформирования оболочки из титанового сплава. Выполнена оценка напряжений при деформировании трубы разных толщин с разными скоростями. Получены графические зависимости изменения напряжений при деформировании.
Ключевые слова: высадка, моделирование, формоизменение, сила, напряжения, деформации.
В статье рассмотрена операция обработки давлением, позволяющая сформировать утолщенный край н титановой оболочке. Формирование утолщенной части на оболочках необходимо для дальнейшего соединения сваркой различных элементов трубопроводных систем. Материал заготовки отличается повышенными прочностными характеристиками. Ввиду этого для достижения необходимых степеней деформаций необходим нагрев до температур горячей штамповки. Выполнено моделирование деформирования оболочки из титанового сплава. Есть необходимость оценки величин интенсивностей напряжений и величин средних напряжений, формируемых в заготовке. Выполнена оценка напряжений, формируемых в металле при деформировании трубы разных толщин. Установлено влияние скоростей деформирования на напряжения и их интенсивности.
На рис. 1 представлены эскизы высадки для разных схем воздействия рабочего инструмента на заготовку.
Рис. 1. Эскиза исследуемой операции
Заготовка под высадку принималась труба диаметром 60 мм. Толщина заготовки t = 3...7 мм. Величина рабочего хода 12 мм. Начальное расстояние между инструментами 20 мм. Материал заготовки ВТ6. Температура нагрева 900°С . Скорость деформирования V = 1.10 мм/мин. Коэффициент трения 0,3. Было выполнено моделирование в программном комплексе DEFORM. Выполнен анализ изменения максимальных величин растягивающих и сжимающих напряжений для разных толщин стенки и скоростей деформирования. На рис. 2 показаны графики изменения напряжений в процессе высадки для заготовок с толщиной стенки t = 3 мм.
а б в
Рис. 2. К оценке изменения максимальных величин напряжений в детали (/ = 3 мм): а - V = 1 мм/мин; б - V = 5 мм/мин; в - V = 10 мм/мин; 1 - максимальные сжимающие напряжения; 2 - максимальные
растягивающие напряжения
Исходя из анализа рис. 2 можно сказать, что рост скоростей перемещения инструмента при высадке заготовок толщиной 3 мм приводит к росту растягивающих напряжений в 4 раза и сжимающих в 3,5.4 раза.
На рис. 3 показаны графики изменения напряжений в процессе высадки для заготовок с толщиной стенки
/ = 5 мм.
Технологии и машины обработки давлением
а, MI Га
и, МП с:
а. МП а
а б в
Рис. 3. К оценке изменения максимальных величин напряжений в детали (/ = 5 мм): а - V = 1 мм/мин; б - V = 5 мм/мин; в - V = 10 мм/мин; 1 - максимальные сжимающие напряжения; 2 - максимальные
растягивающие напряжения
Из рис. 3 можно сказать, что рост скоростей перемещения инструмента при высадке заготовок толщиной 5 мм приводит к росту растягивающих напряжений в 3,5 раза и сжимающих в 3,5 раза.
На рис. 4 показаны графики изменения напряжений в процессе высадки для заготовок с толщиной стенки / = 7 мм. Из графиков, приведенных ниже видно, что рост скоростей перемещения инструмента при высадке заготовок толщиной 7 мм приводит к росту растягивающих напряжений в 3 раза и сжимающих в 3,0 раза. Таким образом, с ростом толщины стенки материала влияние скоростей деформирования на величины максимальных напряжений в изделии снижается. Но в целом обеспечение минимально возможных скоростей перемещения инструмента обеспечивает как меньшую неравномерность напряжений, так и меньшие величины максимальных напряжений.
ст. МП а
а. МПа
а. МП а
а б в
Рис. 4. К оценке изменения максимальных величин напряжений в детали (/ = 7 мм): а - V = 1 мм/мин; б - V = 5 мм/мин; в - V = 10 мм/мин; 1 - максимальные сжимающие напряжения; 2 - максимальные
растягивающие напряжения
На рис. 5 показаны графики изменения интенсивностей напряжений в изделии при высадке заготовки с толщинами стенки / = 3 мм; / = 5 мм; / = 7 мм и скоростями деформирования V = 1 мм/мин; V = 5 мм/мин; V = 10 мм/мин. Выявлено, что с ростом толщины стенки величины интенсивностей напряжений имеют схожие величины. Увеличение скоростей перемещения пуансона приводит к росту интенсивностей напряжений на 20... 30 %. Интенсивность напряжений в продолжении рабочего хода инструмента непрерывно растет. Характер роста интенсивности напряжений практически линейный.
с., МПа
а., МПа
а,, МПа
а б в
Рис. 5. К оценке изменения интенсивностей напряжений в детали: а - t = 3 мм; б - t = 5 мм; в - t = 7 мм;
1 - V = 1 мм/мин; 2 - V = 5 мм/мин; 3 - V = 10 мм/мин
В рассматриваемом диапазоне скоростей деформирования величины максимальных напряжений имеют незначительные величины, значительно меньшие чем критические. Таким образом выявлено, что при высадке трубной заготовки из титанового сплава позволяет обеспечить заметное снижение неравномерности напряженного состояния, величин максимальных напряжений и интенсивностей напряжений.
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. P. 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,
Бессмертная Юлия Вячеславовна, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
DISEMBARKATION OF HOLLOW TITANIUM SHELLS
A.A. Pasynkov, Yu.V. Immortal
Pressure treatment can provide a local set of metal on full-bodied and hollow workpieces. In the process of deformation, both positive and negative stresses are formed in the workpiece material. There is a need to estimate the values of stress intensities and the values of average stresses formed in the workpiece. For this purpose, the deformation of the titanium alloy shell was simulated. Stress assessment was performed during deformation of pipes of different thicknesses with different speeds. Graphical dependences of stress changes during deformation are obtained. Key words: landing, modeling, shape change, force, stresses, deformations.
Pasynkov Andrey Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, su^e^maUm, Russia, Tula, Tula State
University,
Bessmertnaya Yulia Vyacheslavovna, candidate of technical sciences, docent, bessmertny@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.7.043
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-11-346-347
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБРАТНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ ИНСТРУМЕНТАМИ
С РАЗНОЙ ГЕОМЕТРИЕЙ
Л.В. Каркач
Метод штамповки является одним из наиболее эффективных способов производства деталей из металла. Этот процесс позволяет массово и быстро производить высококачественные и точные детали с минимальными затратами на материалы и рабочую силу. Существует большое разнообразие методов штамповки, одним из которых является объемная штамповка, в частности обратное выдавливание, с помощью которого изготавливается широкая номенклатура осесимметричных изделий. В данной работе исследуется получение детали при разной конфигурации пуансона, осуществляющего непосредственно изменение формы. Рассматривался пуансон с гладкой давящей поверхностью и закругленной. Оценка проводилась с помощью компьютерного моделирования в специальном программном обеспечении. В работе исследуются силовые параметры, требуемые для получения изделия, а также интенсивности деформаций. Приводятся графики усилий, а также распределения интенсивности деформаций в сечениях. После анализа данных делаются выводы о влиянии формы пуансона на основные параметры операции обратного выдавливания.
Ключевые слова: штамповочное производство, компьютерное моделирование, обратное выдавливание, штамповая оснастка, силовые характеристики, напряженно-деформированное состояние.
Штамповка, литье и обработка резанием — это три основных метода формирования и обработки металлических изделий [1-3]. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, которые следует учитывать при выборе оптимального способа производства и обработки. Штамповка является одним из популярных методов формирования металлических изделий, однако этот метод имеет ряд достоинств и недостатков. Так преимущества штамповки включают:
1. Высокая точность и качество получаемого изделия. Штамповка позволяет получить детали с высокой точностью размеров и формы.
