РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ОСАДКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК ПРИ СВАРКЕ ДАВЛЕНИЕМ

УДК 621.98:539.376

DOI: 10.24412/2071-6168-2022-2-25-28

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ОСАДКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК

ПРИ СВАРКЕ ДАВЛЕНИЕМ

П.В. Романов, А.В. Харченко

В работе рассматривается операция кратковременной осадки в изотермических условиях сварки давлением цилиндрических образцов из алюминиевого АМг6 и титанового ВТ 14 сплавов. Моделирование проводилось с использованием прикладного программного комплекса QForm. Показано распределение интенсивности напряжений и деформаций, а также изменение силовых режимов операции в зависимости от различных технологических параметров.

Ключевые слова: осадка, давление, напряжения, деформации, сила, трение.

Процессы сварки давлением часто используются в промышленных условиях для соединения отдельных элементов в единую неразборную конструкцию. Применение способа соединения деталей пластическим деформированием (осадкой) набирает все большую популярность, т.к. позволяет собирать сложные конструкции из большого количества отдельных деталей с небольшой трудоемкостью. Правильно подобранные технологические параметры процесса осадки способствуют получению качественного соединения с высокой прочностью (не менее исходной прочности материала заготовок) и низкой вероятности образования брака. Также к преимуществам процессов соединения деталей пластическим деформированием, перед традиционными способами сварки с расплавлением свариваемой зоны, можно отнести отсутствие необходимости применения дорогостоящих узкоспециализированных расходных материалов. Сварка осуществляется взаимным проникновением деформируемых слоев друг в друга (диффузией) и образованием межатомных связей. Основным недостатком процесса сварки пластической осадкой образцов является необходимость применения гидропрессового оборудования с регулировкой скорости перемещения ползуна пресса, создание безокислительной атмосферы и изотермических условий при соединении труднодеформируемых материалов [1-6].

Проведем исследование процесса пластического сжатия двух заготовок методом конечных элементов, реализованного в программном пакете Qform 3D. Расчет проводился для заготовок, выполненных из алюминиевого АМг6 и титанового ВТ14 сплавов при температурах деформирования 450 и 930 °С соответственно. Материал принимался изотропным, несжимаемым, скорость перемещения нажимной плиты варьировалась в диапазоне 1...10 мм/с, коэффициент граничного трения между поверхностями заготовок и инструмента задавался значениями ц = 0,05...0,3.

Деформирование осуществлялось за два этапа. На первом этапе проводилась кратковременная осадка при скоростях деформирования 1.10 мм/с, затем осуществлялась выдержка

под давлением (ползучесть) со скоростью перемещения нажимной плиты 1...10 • 10 мм/с.

Принимались следующие размеры: диаметр заготовок - 30 мм; высота верхней заготовки - 20 мм; высота нижней заготовки 30 мм; рабочий ход при осадке - 5 мм; рабочий ход при ползучести - 2 мм. Расчетная конечно-элементная модель до и после операции пластического сжатия приведена на рис. 1.

Картина распределения интенсивности напряжений и деформаций показана на рис. 2 и 3 соответственно.

Из рис. 2 видно, что максимальные напряжения в заготовках сосредоточены в зоне контакта с инструментом в связи с наличием контактных сил трения. По мере отдаления от зоны контакта с инструментом сжимающие напряжения в заготовках переходят в растягивающие. Уровень интенсивностей напряжений в заготовках из титанового сплава ВТ14 в 2 раза выше чем в заготовках, изготовленных из сплава АМг6. В зоне контакта двух заготовок (зоне сварки) наблюдается максимальное уширение деформируемого материала.

Анализ картины распределения интенсивностей деформаций (рис. 3) показал, что вид материала и его температура не влияют на деформационное состояние. На уровень интенсивности деформаций оказывают влияние такие технологические параметры, как условия трения на контактных границах заготовок и нажимных плит и величина пластической осадки.

а б

Рис. 1. Конечно-элементная модель осадки-сварки цилиндрических заготовок до (а) и после формоизменения (б): 1, 2 - заготовки; 3 - подвижная нажимная плита;

4 - неподвижная плита

г 137.5

- 135.0

- 132.5

- 130.0

- 127.5

- 125.0

- 122.5

- 120.0

- 117.5

- 115.0

- 112.5

- 110.0

- 107.5

- 105.0

- 102.5

- 100.0

- 97.5

- 95.0

- 92.5

- 90.0 ^ 37.5

а б

Рис. 2. Интенсивность напряжений в заготовках при кратковременной осадке:

а - сплав АМг6; б - сплав ВТ14

0,103 0,106 0.104 0,102 0,100 0,093 0,096 0,094 0.092 0,090 0,083 0,086 0,084 0.082 0,080

б

Рис. 3. Интенсивность деформации в заготовках при кратковременной осадке:

а - сплав АМг6 ; б - сплав ВТ14

Результаты расчетов величины давления осадки представлены в виде графических схем, приведенных на рис. 4 и 5. Линии на схемах показывают уровень роста давления на поверхности заготовки в зависимости от величины относительного перемещения инструмента $ при варьировании технологических параметров.

а

д. МП а 70 56 42 28 14 0

О 0,2 0,4 0,6 0,8 5 0 0,2 0,4 0,6 0,8 £

а б

Рис. 4. Зависимость давления осадки q от относительного перемещения нажимной

плиты S при Vo = 5 мм/с для АМг6 (а) и ВТ14 (б): 1 - ц = 0,05; 2 - ц = 0,1; 3 - ц = 0,3

а б

Рис. 5. Зависимость давления осадки q от относительного перемещения нажимной

плиты S при ц = 0,05 для АМг6 (а) и ВТ14 (б): 1 - V0 = 1 мм/с; 2 - V0 = 5 мм/с;

3 - V0 = 10 мм/с

Исследования силовых режимов сварки заготовок пластическим деформированием показали, что увеличение коэффициента трения с 0,05 до 0,3 приводит к росту давления осадки на 5.10%. Снижение скорости перемещения нажимной плиты с 10 до 1 мм/с при кратковременной осадке приводит к уменьшению давления на 40.50% как для алюминиевого сплава АМг6, так и для титанового ВТ14.

Список литературы

1. Изотермическое деформирование высокопрочных материалов / С.П. Яковлев, В.Н. Чудин и др. М., Машиностроение. 2003. 427 с.

2. Платонов В.И., Романов П.В., Чудин В.Н. Расчет режимов осадки ребра на плите при их сборке // Заготовительные производства в машиностроении. 2020. №9. Т.18. С. 421-424.

3. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2001. 836 с.

4. Мышкис А.Д. Математика для технических ВУЗов. Специальные курсы. Спб., «Лань». 2009. 640 с.

5. Демидович Б.П., Марон И.А., Шувалова Э.З. Численные методы анализа. Приближение функций, дифференциальные и интегральные уравнения. Спб., «Лань». 2010. 400 с.

6. Третьяков А.В., Зюзин В.И. Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением. М.: Металлургия, 1973. 224 с.

Романов Павел Витальевич, аспирант, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Харченко Антон Витальевич, студент, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

SIMULATION OF THE PROCESS OF OBTAINING ECCENTRIC ADAPTERS BY COMBINING

CRIMPING AND EXTRUSION OPERATIONS

P.V. Romanov, A.V. Kharchenko

The paper considers the operation of short-term precipitation under isothermal pressure welding conditions of cylindrical samples made of aluminum AMg6 and titanium VT14 alloys. The simulation was carried out using the QForm application software package. The distribution of the intensity of stresses and deformations, as well as the change in the power modes of the operation depending on various technological parameters is shown.

Key words: precipitation, pressure, stresses, deformations, force, friction.

Romanov Pavel Vitalyevich, postgraduate, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Kharchenko Anton Vitalievich, student, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.98:539.376

DOI: 10.24412/2071-6168-2022-2-28-34

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗДАЧИ

ТРУБ ПРИ ГИДРОФОРМОВКЕ

Д.Х. Чан, A.A. Пасынков, Д.З. Лай, Х.Х. Фам

В статье проведенны исследования эксперимента и моделирования процесса гидроформовки раздачи труб. Полученые коэффициента раздачи и степени утонения толщины при эксперименте и моделировании значительно анологичны. Разработка математические модели коэффициента раздачи и степени утонения толщины в зависимости от внутренного рабочего давления. Это позволило рекомендать значение рабочего давления при проектировании процесса гидроформовки раздачи труб.

Ключевые слова: гидроформовка, раздача, моделирование, труба, эксперимент.

Технология гидроформовки трубы широко применяется при изготовлении многих деталей вида переходников или отводов в сантехникеб и также в а автомобильной промышленности. Характерной особенностью таких технологии является использование жидкости высокого давления в качестве универсального формообразующего инструмента, что позволяет существенно упростить штамповую оснастку и снизить ее стоимость. При гидроформовке создаются благоприятные схемы напряженно-деформированного состояния материала заготовки, равномерно прикладывается деформирующее давление к заготовке, благодаря чему полученные детали отличаются высокой точностью и улучшенными эксплуатационными характеристиками [1]. Кроме этого, технология гидрофомовки труб позволяется получть детали, имеющие сложные формы.

Процесс раздачи труб гидроформовкой проводится двумям сжатыми осевыми пуансонами, движующими со постоянной скоростью и высоком внутренном давлением. Геометрическая модель процесса показана на рис. 1. Заготока расширается свободно в полости, образующей двумя половинами штампов. В этом случае рабочее внутреннее давление показано значительное влияние на деформируемости заготовки [2, 3]. В этой статье исследованы коэффициент раздачи и степень утонения толщины трубы при варировании значений рабочего давления. Коэффициент раздачи и степень утонения толщины трубы рассчитаны по формулам:

28