АНАЛИЗ СИЛОВЫХ РЕЖИМОВ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ РИФЛЕЙ ВНУТРИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ

УДК 621.7.043

АНАЛИЗ СИЛОВЫХ РЕЖИМОВ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ РИФЛЕЙ ВНУТРИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ

В. Д. Кухарь, С. С. Яковлев

Проведено компьютерное моделирование процесса нанесения рифлей на внутренней поверхности заготовки. Оценены усилие формоизменения и форма детали.

Ключевые слова: рифление, цилиндрическая заготовка, сетка рифлей, локальное деформирование, сила, качество.

Нанесение сетки рифлей является сложной технологической задачей, изучение которой является важной проблемой [1, 2]. В изучении процессов ОМД отдельное место занимают компьютерные моделирования. В данной работе рассмотрим силовые параметры в процессе рифления внутренней поверхности цилиндрической оболочки по способу изготовления сетки рифлей [3]. Рифли имеют клиновидную форму, а рабочая оправка -спиральные клиновые выступы, высота которых больше глубины рифлей. Поэтому между поверхностями цилиндрической оболочки возникает зазор.

Первым этапом компьютерного моделирования является создание трехмерных моделей инструментов и заготовки. Стоит учесть, что для данного моделирования использовался экспериментальный упрощенный штамп. Создание трехмерной твердотельной модели возможно в самой программе Deform, однако с учетом сложной геометрии рабочей оправки, имеющей спиральные клиновые выступы и заходную часть, целесообразнее создание модели в специализированном программном комплексе САПР Компас-3D. После этого полученная модель импортируется в препроцессор и задаются начальные условия процесса и расчет запускается.

Были проведены 4 варианта расчета процесса с применением различных рабочих оправок, отличающихся величиной зазора между заготовкой и впадиной оправки. Зазоры составляли 0,15, 0,3, 0,5 мм. Также было проведено исследование переменного зазора Z, который в нижней части рабочей оправки составлял 1 мм, а в верхней части - 0,15 мм. Все начальные условия для всех расчетов были одинаковыми. Для моделирования была выбрана цилиндрическая оболочка, изготовленная из стали 10, высотой 50 мм, толщиной стенки 3,55 мм и внутренним диаметром 110,9 мм. Глубина рифлей составляла 1,7 мм.

Учитывалось также и трение в зоне контакта заготовки и рабочей оправки, которое по Зибелю составляло 0,08. В программе также задавалась компенсация потери объема при перестроении сетки, при этом перестроение сетки в процессе деформирования осуществлялось локально. Инструмент является абсолютно жестким, а заготовка принималась жестко-пластичной. Принималось, что операция проводится на гидравлическом прессе, обеспечивающем скорость перемещения рабочей оправки 10 мм/с. Деформирование проводилось в холодном состоянии.

32

На рис. 1 показана фронтальная поверхность клиновой формы с ребром, выполненным под углом относительно торцевой поверхности рабочей оправки.

Рис. 1. Рабочая оправка

Моделирование показало, какой предположительно будет форма получаемого на данной операции рифления изделия (рис. 2).

1=0,15 мм 1=0,3 мм

1=0,5 мм 1-переменный

Рис. 2. Геометрия полуфабриката

Из рис. 2 видно, что в случае, когда зазор равен 0,15 мм, возникает фронтальная волна наплыва, как и при переменном зазоре. Далее были оценены силовые характеристики процесса (рис. 3). При зазоре 0,15 происходит наплыв, поэтому на графике этой кривой нет.

33

Рис. 3. Кривые нагрузки

При рифлении рабочей оправкой, выполненной с переменным зазором, наблюдается резкий рост технологической силы в конце деформирования, что связано с тем, что рабочая оправка формоизменяет трубную заготовку с наплывом, возникшим перед рабочим торцом клиновых выступов. При этом сила формоизменения при зазоре 0,3 мм выше на 15 %, чем при зазоре 0,5 мм.

Таким образом, наиболее оптимальным зазором является зазор, равный 0,5 мм.

Работа выполнена в рамках гранта НШ-2601.2020.8.

Список литературы

1. Сторожев М.В. Ковка и объемная штамповка стали: справочник. М.: Машиностроение, 1967. Т. 1. 435 с.

2. Семенов Е.И. Ковка и штамповка. Справочник. М.: Машиностроение, 1985. Т. 1. 567 с.

3. Способ изготовления сетки рифлей на внутренней поверхности цилиндрической оболочки и устройство для его осуществления: пат. РФ №2654410. Опубл. 17.05. 2018. Бюл. №14.

Яковлев Сергей Сергеевич, магистрант, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Кухарь Владимир Денисович, д-р техн. наук, профессор, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

ANALYSIS OF POWER MODES AND RECEIVED GEOMETRY DURING THE RIPPING

PROCESS

V.D. Kukhar, S.S. Yakovlev 34

Computer simulation of the process of applying corrugations on the inner surface of the workpiece was carried out. Forming force and part shape are evaluated.

Key words: corrugation, cylindrical billet, corrugated grid, local deformation, force,

quality.

Yakovlev Sergey Sergeevich, master, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Kukhar Vladimir Denisovich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 51-37; 621.7.01

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЛЯ КЛАССИФИКАЦИИ КАЧЕСТВА ТРУБ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА ПО СТЕПЕНЯМ НЕРАВНОМЕРНОСТИ

РАСПРЕДЕЛЕНИЯ «НАПРЯЖЕНИЯ - ДЕФОРМАЦИИ» ПРИ ЭКСПАНДИРОВАНИИ

З.К. Нгуен

Проведена математическая связь степеней неравномерности «напряжения -деформации» с механическими свойствами материала труб (такими, как модуль упругости, предел текучести, предел прочности и т.д.) и условием трения при экспандиро-вании. На основе этой связи установлен метод математического моделирования на ЭВМ для оценки и классификации качества ТБД при механических свойствах материала и трении, считающихся как случайными величинами в соответствии с заданными законами распределения. Результаты математического моделирования при изучении процесса экспандирования труб диаметром 1420 мм из стали К60 показали, что при модуле упругости и пределе прочности, смещающихся в сторону больших величин, а при пределе текучести, относительном удлинении после разрыва и коэффициенте трения в сторону меньших значений равномерность распределения «напряжения - деформации» и также качество ТБД повышены. Приведены возможности классификации партии входных материалов и выбора смазки при экспандировании для получения высокого качества трубных продукций.

Ключевые слова: труба большого диаметра, экспандирование, неравномерность распределения, напряжение, деформация, математическое моделирвание, случайная величина.

На сегодняшний день объемы производства труб большого диаметра в России составляют не менее 4,5...5,0 млн т в год благодаря современным способам формовки по схемам 1СОБ, ИОБ, а также формовкой вальцовкой на прессах и валковых листогибочных машинах (рис. 1), и в ближайшей и в среднесрочной перспективе этот объем снижаться не будет. Системы трубопроводного транспорта, для сборки которых используются трубы большого диаметра, относятся к опасным техногенным объектам.

35