АНАЛИЗ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ИЗДЕЛИЙ, ПОЛУЧАЕМЫХ КОМБИНИРОВАННЫМ ВЫДАВЛИВАНИЕМ ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ С ТОЛСТОЙ СТЕНОЙ В КОНИЧЕСКОЙ МАТРИЦЕ

ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

УДК 621.771

АНАЛИЗ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ИЗДЕЛИЙ, ПОЛУЧАЕМЫХ КОМБИНИРОВАННЫМ ВЫДАВЛИВАНИЕМ ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ С ТОЛСТОЙ СТЕНОЙ В КОНИЧЕСКОЙ

МАТРИЦЕ

С.Н. Ларин, М.В. Ларина, Р. А. Тушин

Рассматривается возможность комбинированного выдавливания трубной заготовки в коническую матрицу. Установлены рациональные геометрические соотношения и технологические параметры, обеспечивающие требуемое течение материала заготовки.

Ключевые слова: комбинированное выдавливание, коническая матрица, трубная заготовка, геометрические параметры.

В работах [1, 2] была рассмотрена операция комбинированного выдавливания прутковой стальной заготовки в коническую матрицу. Были установлены силовые режимы и напряженное состояние заготовки. Данный процесс принято использовать при изготовлении цилиндрических оболочек с донной частью. В случае, когда в изделии имеется отверстие требуется применение дополнительных операций по его формированию. Интерес представляет использование трубной заготовки вместо прутковой. В данной статье рассматривается возможность комбинированного выдавливания трубной заготовки в коническую матрицу. На рис. 1 представлена схема рассматриваемого процесса. Предполагаем, что материалом заготовки является трубная заготовка диаметром 40 мм, высотой 25 мм и толщиной 8 мм. Материал заготовки - сталь 20.

Для анализа процесса воспользуемся программным комплексом DEFORM. Диаметр матрицы принимался равным Бм = Do = 40 мм. Диаметр пуансона D = 37 мм, диаметр контрпуансона D2 = 29 мм, диаметр нижней полости матрицы D3 = 35 мм. Фаски на пуансонах a и b принимались варьировались в интервале 3.. .6 мм.

3

Рис. 1. Схема комбинированного выдавливания: 1 - матрица; 2 - пуансон деформирующий; 3 - заготовка;

4 - контрпуансон

На рис. 2 представлены схемы процесса при параметрах рассмотренных в работах [1, 2], а именно а = с = 3 мм; а = р = 45°.

Рис. 2. Схема течения операции

Как видно из рис. 2, в изделии при выдавливании формируется заусенец, который может негативно сказаться на эксплуатационных характеристиках детали. Также в изделии не формируется отверстие в перемычке. На рис. 3 представлены схемы процесса при той же геометрии инструмента, но проходящего при коэффициенте трения т = 0,05. Сравнивая данные на рис. 2 и 3, можно сказать, что изменение условий трения не влияет на характер течения металла.

Рис. 3. Схема течения операции

На рис. 4 представлены эскизы этапов операции для фаски на пуансоне с = 10 мм и а = 30° и фаски на матрице а = 3 мм; Ь = 45°.

Рис. 4. Схема течения операции

(с = 10 мм, а = 30°, а = 3 мм, р = 45°;

На рис. 5 представлены эскизы этапов операции для фаски на пуансоне с = 10 мм и а = 30° и фаски на матрице а = 3 мм; Ь = 45° при коэффициенте трения т = 0,15.

Рис. 5. Схема течения операции

Выполнив сравнение данных, представленных на рис. 4 и рис. 5, можно сказать, что увеличение фаски на деформирующем пуансоне позволяет избежать формирования возможных складок в детали. Также такая геометрия обеспечивает как более ровную стенку, так и более равномерное течение металла под пуансоном. Изменение условий трения не приводит к заметному изменению характера течения.

5

В рассматриваемом случае при реализации технологии формируется перемычка между пуансонами. В целях устранения возможности истечения металла в перемычку нами были изменены температурно-скоростные режимы технологии.

На рис. 6 представлены эскизы этапов операции для фаски на пуансоне с = 10 мм и а = 30° и фаски на матрице а = 3 мм; р = 45° при коэффициенте трения т = 0,05, со скоростью деформирования, сниженной до 1 мм/с при температуре деформирования Т = 400 °С.

Как видно из рис. 6, обеспечение условий медленного деформирования и режима неполной горячей штамповки позволяет устранить затекания металла в перемычку для высоты заготовки 25 мм.

Рис. 6. Схема течения операции

На рис. 7 представлены эскизы этапов операции для схемы процесса, представленной на рис. 6, но с увеличенной длиной заготовки до 60 мм.

Рис. 7. Схема течения операции

Как видно из рис. 7, при увеличении высоты заготовки наблюдается незначительное затекание металла в перемычку, которое можно устранить, снизив трение между матрицей и заготовкой.

В целом, по результатам моделирования можно сказать, что выдавливание трубной заготовки с углами скоса рабочих кромок деформирующего пуансона большими, чем 30°, приводит к формированию складок. Также необходимо обязательное соблюдение условия, при котором величина фаски на деформирующем пуансоне должна быть несколько больше толщины стенок трубной заготовки.

Для исключения или минимизации истечения металла в перемычку необходимо обеспечение минимального трения, медленной скорости деформирования и реализации процесса в полугорячем состоянии.

Работа выполнена в рамках гранта РФФИ 20-08-00401.

Список литературы

1. Ларин С.Н., Пасынков А.А., Ларина М.В. Влияние геометрии деформирующего инструмента на напряженно-деформированное состояние при комбинированном выдавливании // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 5. C. 451-456.

2. Ларин С.Н., Гурова О.Ю. Анализ влияния углов конусности инструмента на характер течения металла и силу комбинированного выдавливания // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 6. C. 305-309.

3. Яковлев С.П., Яковлев С.С., Андрейченко В. А. Обработка давлением анизотропных материалов. Кишинев: Квант, 1997. 332 с.

4. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1968. 283 с.

5. Чудин В.Н., Пасынков А. А. Нестационарные процессы изотермической штамповки // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением. 2018. №6. С. 23-28.

6. Пасынков А.А., Борискин О.И., Ларин С.Н. Теоретические исследования операции изотермической раздачи труб из труднодеформируемых цветных сплавов в условиях кратковременной ползучести // Цветные металлы. 2018. №2. С. 74-78.

Ларин Сергей Николаевич, д-р техн. наук, профессор, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Ларина Марина Викторовна, канд. техн. наук, доцент, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Тушин Роман Андреевич, канд. техн. наук, доцент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

ANALYSIS OF GEOMETRIC PARAMETERS OF PRODUCTS OBTAINED BY COMBINED

EXTRACTION OF PIPE BILL WITH A THICK WALL IN A CONIC MATRIX

S.N. Larin, M. V. Larina, R.A. Tushin 7

The article considers the possibility of combined extrusion of a tube billet into a conical matrix. Rational geometric relationships and technological parameters are established that provide the required flow of the workpiece material.

Key words: combined extrusion, conical matrix, tube billet, geometric parameters.

Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula a ramhler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Larina Marina Viktorovna, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula a ramhler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Tushin Roman Andreevich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@,rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.771

АНАЛИЗ ХАРАКТЕРА ТЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛА ПРИ КОМБИНИРОВАННОМ ВЫДАВЛИВАНИИ ПРУТКОВОЙ ЗАГОТОВКИ В ГЛАДКУЮ ЦИЛИНДРИЧЕСКУЮ МАТРИЦУ

С.Н. Ларин, Р.А. Тушин, А.А. Пасынков

Рассмотрен процесс комбинированного выдавливания прутковой заготовки в гладкую цилиндрическую матрицу в целях оценки влияния геометрии деформирующего инструмента на формирование геометрических параметров детали.

Ключевые слова: комбинированное выдавливание, цилиндрическая матрица, прутковая заготовка, геометрические параметры.

В работе рассматривалось комбинированное выдавливания прутка диаметром 40 мм и высотой 25 мм в гладкой цилиндрической матрице. При стандартной реализации технологии выдавливание в верхнюю и нижнюю полость происходит практически равномерно. В случае, когда требуется получить высоту нижней стенки значительно меньше, чем верхней, встает вопрос об ограничении истечения металла в нижнюю полость. Этого можно добиться применением матрицы, дающей подпор течению металла, но это может усложнять конструкцию инструмента и универсальность. Так же можно варьировать условия трения и геометрию нажимного пуансона таким образом, чтобы основная часть металла преимущественно вытекала в верхнюю полость. В качестве граничных условий считали, что диаметр матрицы равен 40 мм, диаметры верхнего и нижнего пуансонов принимались Бп = 35 мм. Коэффициенты трения принимались в интервале 0,05...0,15, изменение которых оценивалось по закону Зибеля. Скорость перемещения деформирующего пуансона У0 = 50 мм/с. Достижением требуемых условий считалось соотношение высот нижней и верхней стенок » 0,25.