ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР В ЗАГОТОВКЕ И ШТАМПОВОЙ ОСНАСТКЕ ПРИ ОБРАТНОМ ВЫДАВЛИВАНИИ

УДК 621.7.043

ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР В ЗАГОТОВКЕ И ШТАМПОВОЙ ОСНАСТКЕ ПРИ ОБРАТНОМ ВЫДАВЛИВАНИИ

В.Э. Подтягин

Рассматривается схема распределения и величины температур в заготовке и штам-повой оснастке при реализации различных видов обратного выдавливания. Оценено влияние температур штамповки на геометрию полуфабриката и технологическую силу, требуемую для деформирования.

Ключевые слова: исследование, штамповка, формоизменение обратное выдавливание, экструзия.

Ни один процесс в современной обработке металлов давлением, как правило, не остается без комплексного исследования при различных условиях, это может быть оценка напряжений, деформаций, повреждаемости, технологической силы, оптимизации инструмента и т.д. Очень важным для формирования правильного технологического процесса является исследование влияния деформаций на заготовку и инструмент при непосредственном формоизменении. Так как при проведении операции возможно значительное увеличение температуры в оснастке и в полуфабрикате, что обусловлено действием сил трения и самой деформацией заготовки [17].

Поэтому было проведено исследование, которое заключалось в штамповке одной и той же детали при разных изначальных температурах как инструмента, так и заготовки, чтобы определить степень влияния формоизменения на рост температуры и ее распределение по материалу. Для этого было проведено моделирование в компьютерной среде QForm. Исследовался процесс обратного выдавливания при холодном, горячем и полугорячем режимах обработки металлов давлением.

Выдавливание при этом осуществлялось в закрытом упрощенном штампе. Штамповалась деталь типа втулка, имеющая внутри полое углубление, при этом втулка имела различный диаметральный размер по своей высоте. Штамповка проводилась следующим образом: в матрицу устанавливалась заготовка, равная по диаметру нижней части будущей втулки, далее проводился рабочий ход, и пуансоном формировалась остальная часть втулки и отверстие, таким образом реализовывалась закрытое обратное выдавливание. Были определены температуры в заготовке (рис. 1).

14

1«

1Ш0 1175.(1

ИЗД» 11410

а б

Рис. 1. Температура материала полуфабриката при: а

в - горячей штамповке

- холодной; б - полугорячей;

При холодной штамповке начальная температура растет значительно относительно первоначальных 20 градусов, так увеличение составило почти 3000%. Относительный рост температуры при горячей и полугорячей температуре не столь велик и составляет примерно 1220%. Также были определены температуры в инструменте (рис. 2).

В инструменте температура увеличивалась по схожему подобию, что и в заготовке, однако рост составил уже меньшее процентное значение, так для холодной штамповки увеличение составило 2200%, а для полугорячей и горячей примерно 5-15%.

475

в

Известия ТулГУ. Технические науки. 2021. Вып. 11

Интерес также вызывает изменение технологической силы выдавливания при разных температурах. На графике (рис. 3) приведены кривые технологической силы.

а б в

Рис. 2. Температура материала оснастки при: а - холодной; б - полугорячей;

в - горячей штамповке

Время, с

Рис. 3. Сила формоизменения

График силы показывает, что увеличение температуры позволяет многократно (до 8 раз) уменьшить требуемую силы. При этом на графике присутствует скачек силы, примерно проходящий на 0,26 секунде, который происходит при начале деформирования заготовки верхней частью пуансона для формирования правильной окончательной формы заготовки.

Выводы:

1. Применение горячей штамповки относительно холодной позволяет уменьшить силу деформирования при обратном выдавливании и реализации представленной в настоящей работе схемы в более чем 8 раз.

2. При деформировании заготовки в холодном состоянии рост температуры заготовки и в инструменте составил 2200-3000%, что обусловлено влияние сил трения и нагрева в результате пластической деформации.

3. При использовании горячей и полугорячей штамповки температура материала заготовки и инструмента поднимается не более чем на 20%, относительно первоначальной. При этом учитывался теплообмен не только в системе заготовка-инструмент, но и с окружающей средой, то есть проходило остывание материала, однако в работе рассматривается лишь небольшой промежуток времени, за который температура падает незначительно.

Список литературы

1. Подтягин В.Э. Напряженное и деформированное состояние при штамповке втулки с глухим отверстием // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2021. Вып. 5. С. 143-145.

2. Богданов С.Б. Комплексная оценка процесса получения детали методом комбинированного выдавливания // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2021. Вып. 8. С. 36-38.

3. Яковлев С.С., Чижов И.А., Павлушин В.О. Напряженно-деформированное состояние при изготовлении трубных заготовок с фланцем // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 7. С. 172-177.

476

4. Яковлев С.С. Анализ методов получения деталей типа втулка // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 12. С. 572-576.

5. Ларин С.Н., Пасынков А.А., Яковлев С.С. Оценка напряженно-деформированного состояния заготовки при вытяжке через сложнопрофильную матрицу // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 10. С. 466-470.

6. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. Учебник для вузов. М.: Машиностроение, 1977. 317 с.

7. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Л.: Машиностроение.1979.

520 с.

Подтягин Валентин Эдуардович, магистрант, mpf-tula@,rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

RESEARCH OF TEMPERATURE DISTRIBUTION IN BILLETS AND PUNCHING RIGGES

DURING BACK EXPRESSION

V.E. Podtyagin

The scheme of distribution and values of temperatures in the workpiece and die tooling during the implementation of various types of back extrusion is considered. The influence of the temperatures of stamping on the geometry of the semi-finished product and the technological force required for deformation is estimated.

Key words: research, stamping, forming, back extrusion, extrusion.

Podtyagin Valentin Eduardovich, student, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.73.01

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ДЕТАЛЕЙ, ПОЛУЧАЕМЫХ РАЗЛИЧНЫМИ

МЕТОДАМИ ОМД

ИВ. Юрков

Проводится сравнительный анализ деталей, полученных различными методами обработки металлов давлением на предмет повреждаемости материала, возникающих средних напряжений и возможного дефектообразования как в самом изделии, так и на его поверхностях.

Ключевые слова: штамповка, сравнение, выдавливание, объёмная штамповка, комбинированное выдавливание, обратное выдавливание, осадка.

Разработка технологии изготовления детали методами обработки металлов давлением является сложным процессом, в связи с тем, что одну и ту же деталь можно штамповать разными способами, при разных условиях и из отличающихся заготовок. И зачастую изменение технологии изготовления на другую позволяет увеличить технологичность процесса, снизить силу формоизменения, улучшить качество полуфабриката [1-7]. Поэтому исследования в области сравнения и анализа различных методов и технологий являются важными работами, нацеленными на улучшение существующих технологических процессов. В данном случае проводится сравнение двух методов получения втулки с полостью: комбинированное выдавливание в открытом штампе и обратное выдавливание с элементами осадки. Эти процессы можно производить как в режиме холодной, так и в режиме горячей штамповки. Однако большинство процессов выдавливания стальных изделий проводятся в горячем состоянии для повышения пластичности материала, снижения вероятности разрушения материала и уменьшения технологической силы, поэтому будет проводиться исследование именно горячей штамповки

477