ИЗУЧЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОМБИНИРОВАННОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРНЫХ РЕЖИМАХ

In this work, a comprehensive study of the shape, size, technological force, velocity and vectors of material flow during cold volumetric extrusion with various factors of friction is carried out. The data necessary for the study were obtained using computer modeling.

Key words: metal forming by pressure, cold extrusion, bushing type part, friction, die forging, part shape and dimensions, software package, modeling.

Gribachev Yaroslav Vasilevich, student, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.73.01

ИЗУЧЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОМБИНИРОВАННОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРНЫХ РЕЖИМАХ

В.Н. Жерносек

При нескольких вариантах температурных режимов было проведено компьютерное моделирование выдавливания в открытом штампе. Анализируются параметры Кокрофта-Латама, наружные дефекты, геометрия получаемого полуфабриката и технологическое усилие штамповки.

Ключевые слова: повреждаемость, технологическая сила, поля, выдавливание, режимы штамповки, геометрия, обработка давлением.

Выдавливание представляет собой целую группу технологических операций, связанных с обработкой металлов давлением, и классифицируемых по температуре (горячее, холодное), направлению течения металла (прямое, обратное, комбинированное) и др. [1-4]. Исследования таких процессов очень важны, так как этими операциями выполняется значительное по количеству число деталей [5-7].

При этом температура формоизменения сказывается существенно на том, как протекает операция. Поэтому в настоящей работе будет рассмотрена геометрия получаемого изделия, поля Гартфилда, параметр Кокрофта-Латама и технологическая сила в зависимости от температуры заготовки и штамповой оснастки.

В качестве метода исследования было выбрано компьютерно-математическое моделирование в программе для оценки операций обработки металлов давлением QForm, и были проведены моделирования выдавливания, при котором материал течет в нескольких направлениях сразу. Рассматривались несколько температур для выявления закономерности влияния этого фактора на условия протекания процесса.

Были оценены форма и размеры полуфабриката (рис. 1), параметр повреждаемости (рис. 2) и технологическая сила (рис. 3). Стоит отметить, что подразумевается, что изделие после операции обработки давлением на следующем этапе будет подвержено механической обработке.

В моделировании учитывались тепловые и деформационные процессы, но не учитывалась анизотропия материала и упругие деформации. Заготовка является цилиндром из стали марки 10. Сравнивались процессы при температурах: 20, 800 и 1150°С

Форма и размеры полуфабриката после выдавливания, получаемые при разных температурах, практически идентичны.

Как видно из схем распределения параметра Кокрофта-Латама, температура штамповки не влияет ни на величину данного параметра, ни на характер его распределения. В целом схема для всех температурных режимов практически идентична.

При этом наблюдается зона с высокой вероятностью разрушения, поэтому целесообразно изменить схему течения материала за счет изменения формы инструмента или замены операции комбинированного выдавливания на операции обратного выдавливания.

Рис. 1. Полуфабрикат выдавливания

а б в г

Рис. 2. Распределение Кокрофт-Латам в полуфабрикате: а- при 20°; б - при 800°;

в -1150°, г - шкала

Другим немаловажным параметром является возможность образования поверхностных дефектов по полям Гартфилда. Поэтому в работе были оценены и эти поля с целью определения возможных точек с высокой вероятностью образования дефекта. В данном случае повышенное значение наблюдалось в нижней части изделия, и с ростом температуры данный параметр увеличивается, тем самым растет вероятность появления дефекта.

При смене холодной штамповки на горячую величина данного параметра растет примерно на 6%. Однако, нижняя часть полученной выдавливанием втулки на следующей операции будет подвержена механической обработке, таким образом возможность получения детали с дефектом сводится к минимуму.

Известно, что с повышением температуры увеличивается пластичность материала и уменьшается сопротивление деформированию, тем самым снижая технологическую силу. В этом случае сила упала довольно значительно, более чем в 3 раза при смене холодной штамповки на горячую. При сравнении полугорячей штамповки и горячей наблюдается также снижение силы, почти в 2 раза.

Таким образом, даже увеличение температуры формоизменения до 800 градусов позволит снизить силу на 70% относительно холодной штамповки.

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4

Время, с

Рис. 3. Технологическая сила при разных температурах

Холодная штамповка относительно горячей и полугорячей характеризуется большей пластичностью материала, меньшей технологической силой, большей вероятностью поверхностного дефекта. Однако параметр, характеризующий повреждаемость и конечная форма полуфабриката практически идентичны. В итоге применение горячей штамповки целесообразно для снижения технологической силы, в остальном данный процесс имеет более высокую трудоемкость и не всегда возможно его применение.

Список литературы

1. Яковлев С.С., Подтягин В.Э., Никишкин А.Е. Исследование напряжений в инструменте при горячей объемной штамповки трубных заготовок с фланцем // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 12. С. 186-188.

2. Гололобова Л.Е., Чупеткин И.В., Чижов И.А. Оценка напряженного состояния при одновременной реализации осадки и обратного выдавливания // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 12. С. 138-141.

3. Никишкин А.Е. Анализ характера поведения материала при холодном обратном выдавливании // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 6. С. 340-342.

4. Ло Синь, Евсюков С.А., Юй Чжунци. Исследования процесса вытяжки в коническую матрицу // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 9. С. 513-520.

5. Яковлев С.С. Анализ силовых режимов при рифлении внутренней поверхности оболочки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 7. С. 13-16.

6. Яковлев С.С., Платонов В.И., Черняев А.В. Математическое моделирование операции изотермического обратного выдавливания анизотропных трубных заготовок // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2013. Вып. 1. С. 75-84.

7. Жерносек В.Н. Анализ формы детали и течения материала при комбинированном выдавливании // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 12. С. 555-557.

Жерносек Владимир Николаевич, магистрант, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

STUDY OF THE PARAMETERS OF COMBINED EXTRUSION AT DIFFERENT TEMPERATURE

REGIMES

V.N. Zhernosek

For several variants of temperature regimes, a computer simulation of extrusion in an open die was carried out. The parameters of Cockcroft-Latem, external defects, geometry of the obtained semi-finished product and technological punching force are analyzed.

Key words: damageability, technological force, fields, extrusion, stamping modes, geometry, pressure treatment.

Zhernosek Vladimir Nikolaevich, undergraduate, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.77; 621.7.043

ОЦЕНКА ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ЗАГОТОВКИ ПРИ ИЗОТЕРМИЧЕСКОМ ДЕФОРМИРОВАНИИ ПЛИТ

Н.М. Чекмазов

В статье приводятся результаты исследований процесса деформирования плит из деформируемых цветных сплавов рельефным пуансоном. Выявлено влияние технологических параметров на деформированное состояние заготовок.

Ключевые слова: деформирование, горячая штамповка, цветные сплавы.

Процессы пластического формоизменения являются одним из вариантов изготовления плоских изделий с ребристой поверхностью [1-4]. Область применения в машиностроении таких изделий может быть весьма широка. Пластическим деформированием можно добиться значительного сокращения потерь металла. В статье рассмотрено деформирование плит из титановых и алюминиевых сплавов. Однако ввиду их механических характеристик штамповку таких заготовок можно осуществлять лишь в горячих условиях.

На рис. 1 дана схема процесса. На рис. 2 представлен эскиз заготовки (а) и готового изделия (б) с иллюстрацией их разбивки на элементы.