АНАЛИЗ СИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ВЫДАВЛИВАНИЯ ПРУТКОВОЙ ЗАГОТОВКИ В МАТРИЦУ КВАДРАТНОГО СЕЧЕНИЯ

УДК 621.771

АНАЛИЗ СИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ВЫДАВЛИВАНИЯ ПРУТКОВОЙ ЗАГОТОВКИ В МАТРИЦУ

КВАДРАТНОГО СЕЧЕНИЯ

С.Н. Ларин, Н.С. Пасынкова, А.А. Пасынков

По результатам компьютерного моделирования выполнено исследование силовых характеристик процесса обратного выдавливания прутковой заготовки из цветных сплавов в матрицу квадратного сечения. Установлено влияние величины редукции, радиусов скругления инструмента, значения трения и скоростей деформирование на силу процесса.

Ключевые слова: обратное вдавливание, изотермическое деформирование, формообразование, сила.

В статье рассмотрен процесс изотермического обратного выдавливания цилиндрической прутковой заготовки [1 - 4]. На рис. 1 представлены схема к исследованию процесса и деформирующий инструмент. Анализ процесса будем выполнять в программном комплексе DEFORM. Установлены силовые режимы. Особенностью операции является то, что инструмент, и в частности матрица имеет квадратное сечение. Предполагалось, что материалом заготовки являлись сплавы ВТ6 и АМг4. В процессе моделирования предполагалось использование прутковой заготовки диаметром 35. Оценивалось изменение ширины пуансона ¿пуанс = 27, 30, 33 мм. Варьировались радиусы скругления пуансона /п=1, 3, 6 мм, радиус скругления матрицы /м = 1, 3, 6, 10 мм. Варьировалась скорость деформирования с 1 до 10 мм/с, коэффициент трения - с 0,05 до 0,25, изменение которого оценивалось по закону Зибеля [5 - 7].

Рис. 1. Схема обратного выдавливания прутковой заготовки в матрицу квадратного сечения и деформирующий инструмент

Моделировались различные комбинации сочетания геометрических характеристик инструмента и сочетания технологических параметров. По результатам анализа полученных данных были построены результирующие зависимости, позволяющие оценить, насколько сильно влияют разные параметры на силу выдавливания.

На рис. 2 представлена зависимость силы выдавливания от величины редукции, которая определялась как отношение ширины матрицы

г = Ьпуанс / Ьматр .

Р, мн

2

____

Рис. 2. Влияние величины редукции на силу выдавливания: 1 - сплав АМг4; 2 - сплав ВТ6

Анализируя данную зависимость было установлено, что с увеличением редукции с 0,75 до 0,82 сила уменьшается на 20 %. При увеличении редукции с 0,82 до 0,95 сила выдавливания растет в 5 - 6 раз. Сила деформирования титанового сплава в 2 раза выше, чем для алюминиевого.

На рис. 3 представлена зависимость силы выдавливания от скорости деформирования для разных значений редукции.

Анализ полученных графиков показал, что рост скорости деформирования с 1 до 10 мм/с ведет к росту силы на 15 % для алюминиевого и на 70 % для титанового сплава для величины редукции 0,75. Для величины редукции 0,85 сила деформирования титанового сплава растёт на 30 %, для алюминиевого сплава растет на 12%.

Р, мн

у

Р, МН

2

\

4 1

12 3 4 5 6 7 8 9 ^ мм/с 12 3 4 5 6 7 8 9^ мм/с

а б

Рис. 3. Влияние скорости деформирования на силу выдавливания: 1 - сплав АМг4; 2 - сплав ВТ6; а - г = 0,75; б - г = 0,85

На рис. 4 представлена зависимость силы выдавливания от коэффициента трения для разных значений редукции.

Анализ полученных графиков (рис. 4) показал, что изменение коэффициента трения не слишком интенсивно влияет на силовые режимы процесса. В частности, рост коэффициента трения с 0,05 до 0,25 приводит

469

к увеличению сил выдавливания алюминиевых сплавов на 12 % и к росту сил деформирования титанового сплава на 2 % для величины редукции г = 0,75. Для величины редукции г = 0,85 рост коэффициента трения с 0,05 до 0,25 приводит к увеличению сил выдавливания алюминиевых сплавов на 20 % и к росту сил деформирования титанового сплава на 10 %.

ЛМН амн

2,35 2

Щ

1,5 1,25

1 с

0,05

а б

Рис. 4. Влияние трения на силу выдавливания: 1 - сплав АМг4; 2 - сплав ВТ6; а - г = 0,75; б - г = 0,85

На рис. 5 представлена зависимость силы выдавливания от радиусов скругления кромок инструмента.

Р.МН

2

\ 1

гп, мм

Рис. 5. Влияние радиуса кромок пуансона на силу выдавливания:

1 - гм = гст = 6 мм; 2 - гм = гст = 3 мм

Рост величин радиусов скругления матрицы и пуансона положительно сказывается на снижении сил выдавливания. Увеличение радиусов скруглений пуансона с 1 до 6 мм приводит к снижению силы на 3 %. Рост радиусов скруглений матрицы ведет к снижению сил на 6 %.

На рис. 6 представлена зависимость силы выдавливания от относительной величины хода инструмента при разных температурных условиях.

Установлено, что при холодном деформировании прутковой заготовки силы выдавливания достигают значительных величин. При нагреве заготовки до температуры Тзаг = 450 °С и дальнейшем формоизменении с обычными скоростями силы выдавливания резко снижаются (по сравне-

нию с холодной штамповкой более чем в 5 раз). При одновременном нагреве заготовки и снижении скорости деформирования силы формоизменения снижаются относительно второго варианта на 15...20 %.

Рис. 6. Зависимость «Сила-путь»: 1 - Тзаг = 20 °С; 2 - Тзаг = 450 °С;

3 - Тзаг = 450 °С V = 1 мм / с

На рис. 7 приведена зависимость силы выдавливания от относительной величины хода инструмента при разных параметрах трения. В частности, рассмотрен вариант с коэффициентом трения 0,25, вариант с коэффициентом трения 0,05, также варианты с сокращённой поверхностью трения и применением схемы с активным трением.

р, н

1 х

/ _

Ъ

У _^

7 \4

✓

/У / у ^У

Рис. 7. Зависимость «Сила-путь»: 1 - т = 0,25; 2 - т = 0,05;

3 - сокращение площади контактного трения; 4 - активное трение

Установлено, что в случае формоизменения квадратной коробки наблюдается разное поведение графика силы. Так, до момента достижения максимальной величины силы случаи 1, 2, 3 дают схожие значения. Случай 4 дает заметно меньшие силы деформирования. После достижения пика силы картина меняется: минимальную силу обеспечивает снижение коэффициента трения (случай 2). Остальные режимы дают практически одинаковую по значению силу выдавливания.

В целом можно сказать, что наибольшее снижение силы выдавливания дают варьирование величин редукции и изменение температурного режима штамповки. Снижение скоростных режимов влияет на скорость не значительно, однако при этом значительно снижаются напряжения, дей-

ствующие в изделии. Поэтому для данного типа изделий лучше всего подходят применение нагрева заготовки и обеспечение низких скоростей формоизменения.

Работа выполнена в рамках гранта РФФИ 20-08-00541.

Список литературы

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

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

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

4. 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.

5. Полухин П.И., Гун Г.Я., Галкин А.М. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов: справочник. M.: Металлургия, 1976. 488 с.

6. Методика экспериментального определения механических и пластических свойств материала при растяжении с повышенной температурой / В.А. Демин, А.В. Черняев, В.И. Платонов, В.А. Коротков // Цветные металлы. 2019. №5. С. 66-73.

7. Черняев А.В., Усенко Н.А., Коротков В.А., Платонов В.И. Определение влияния скорости деформации на сопротивление деформированию при статическом растяжении с повышенной температурой // Цветные металлы. 2019. №5. С. 60-66.

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

Пасынкова Надежда Станиславовна, студентка, sulee@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доцент, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

ANALYSIS OF POWER PARAMETERS OF THE PROCESS OF EXTRUSING A BAR IN A SQUARE SECTION MATRIX

S.N. Larin, N.S. Pasynkova, A.A. Pasynkov

Based on the results of computer simulation, a study was made of the force characteristics of the process of backward extrusion of a bar stock from non-ferrous alloys into a square matrix. The effect of the reduction value, the tool rounding radii, the friction value and the strain rates on the process force is established.

Key words: reverse indentation, isothermal deformation, shaping, force.

Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

472

Pasynkova Nadezhda Stanislavovna, student, sulee@,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Pasynkov Andrey Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.771

АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРИ ИЗОТЕРМИЧЕСКОМ ОБРАТНОМ ВЫДАВЛИВАНИИ ПРУТКОВЫХ ЗАГОТОВОК

А. А. Пасынков, С.В. Недошивин, С.С. Абрамов

Приведены результаты исследований напряженного состояния заготовки при изотермическом обратном выдавливании цилиндрической прутковой заготовки в матрицу квадратного сечения. Установлено влияние степени деформации и геометрии рабочего инструмента на напряжения при выдавливании.

Ключевые слова: изотермическое выдавливание, матрица квадратного сечения, изотермическое деформирование, ползучесть.

Рассмотрим процесс обратного изотермического выдавливания цилиндрической прутковой заготовки в матрице квадратного поперечного сечения [1 - 3]. На рис. 1 представлена схема к исследованию процесса. Анализ напряженного состояния будем выполнять на основе результатов моделировования выдавливания прутковой заготовки при различных технологических параметрах в программном комплексе DEFORM. Предполагалось, что материалом заготовки являлись сплавы ВТ6 и АМг4. В процессе моделирования использовалась прутковая заготовка диаметром 35 мм. Оценивалось изменение ширины пуансона Ьпуанс = 27, 30, 33 мм.

Варьировались радиусы скругления пуансона гп=1, 3, 6 мм, радиус скруг-ления матрицы гм = 1, 3, 6, 10 мм. Изменялась скорость деформирования от 1 до 10 мм/с, коэффициент трения с 0,05 до 0,25.

Рис. 1. Схема обратного выдавливания прутковой заготовки в матрицу квадратного сечения

473