КОМПЛЕКСНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫДАВЛИВАНИЯ ПОЛУФАБРИКАТА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ТРЕНИЯ

MATHEMATICAL MODEL OF PRESSING AN AXISYMMETRIC SHELL INTO A CYLINDRICAL

MATRIX BY A PULSED MAGNETIC FIELD

A.N. Pasko

A mathematical model of the contact interaction of an axisymmetric workpiece and a cylindrical matrix in the processes of magnetic pulse welding is proposed. The numerical implementation uses the finite element method.

Key words: finite element method, contact interaction, pressing.

Pasko Aleksey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, ale-ksey.n.pasko@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.7.043

DOI: 10.24412/2071-6168-2021-10-420-423

КОМПЛЕКСНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫДАВЛИВАНИЯ ПОЛУФАБРИКАТА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ТРЕНИЯ

Я.В. Грибачев

В работе проводится комплексное исследование формы, размеров, технологической силы, скорости и векторов течения материала при холодном объемном выдавливании при различных факторах трения. Получены необходимые для исследования данные с помощью компьютерного моделирования.

Ключевые слова: обработка металлов давлением, холодное выдавливание, деталь типа втулка, трение, объемная штамповка, форма и размеры детали, программный комплекс, моделирование.

В большинстве своем процессы штамповки подразделяются на операции объемной и листовой штамповки. При этом объемной штамповкой получается значительное число деталей, используемых в машиностроении и других отраслях промышленности [1-3]. В связи с этим исследования в области одной из наиболее распространенных операций штамповки, а именно выдавливании, являются важными и актуальными. Большой интерес представляют исследования технологической силы, скорости и направления течения материала, форм и размеров получаемых деталей [4-7]. В данной работе будут оценены перечисленные выше параметры процесса комбинированного выдавливания стальной детали.

Оценка параметров штамповки будет произведена с использованием результатов моделирования в программном комплексе QForm. Было проведено моделирование, заключающееся в получении втулки с несквозным отверстием и переменным наружным диаметром. Наиболее оптимальным с точки зрения экономии материала способом получения такой детали является обработка металлов давлением, а именно холодная открытая объемная штамповка из сплошной цилиндрической заготовки из стали 10. При этом трение может оказывать на процесс комбинированного выдавливания значительный эффект. Поэтому в данной работе будет проведено сравнение того, как протекает рассматриваемый процесс при различных величинах трения. Рассматривается 3 трения, по величине равные 0, 0,1 и 0,2 по Леванову. Штамповка производилась при температуре 20 градусов по Цельсию. Были получены формы и размеры полуфабрикатов (рис. 1).

Исходя из полученных данных о форме и размерах полуфабрикатов втулки было установлено, что фактор трения оказывает весьма значительное влияние на геометрические характеристики втулки. Так, с увеличением значения фактора трения увеличивается размер верхней части втулки, а высота нижней части полуфабриката уменьшается. При этом разница между фактором трения равным 0 и 0,2 составляет примерно 15% в высоте нижней части изделия. Общая высота полуфабрикатов выдавливания практически не отличается, так же, как и диаметральные размеры втулки.

1

ШШ7 & ЯйЯЕС 1лН0Э

яплиа

б

Рис. 1. Форма и размеры полуфабриката после комбинированного выдавливания при факторе трения равном 0

а

в

Металл нижней части заготовки движется в основном в осевом направлении, в верхней части втулки перераспределение металла происходит по сложной схеме. При этом с увеличением трения уменьшается максимальная скорость движения металла. Так, с изменением трения с 0 до 0,2 скорость падает примерно на 15%, то есть с 38 мм/с до 33 мм/с.

Сила при увеличении фактора трения закономерно увеличивается, но наибольший интерес представляет численная зависимость. Так увеличение технологической силы составляет примерно 7% при изменении фактора трения с 0 до 0,2.

n "7 -0 —0,1 -0,2

\Jf / 0,6 i 0,5 S 0,4 §0,3 * 0,2 0,1 0 0

J Y

f

J

4

) 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0, Время операции, с

В результате проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Трение является важным фактором, который стоит учитывать при проектировании технологического процесса, так как данный параметр имеет влияние на весть протекающий процесс, особенно комбинированного выдавливания.

2. С увеличением величины трения изменяется направление и скорость течения материала, происходит его существенное перераспределение в связи с тем, что трение обеспечивает сопротивление течению материала.

3. Скорость течения материала уменьшается при увеличении фактора трения, особенно в зонах контакта между заготовкой и инструментальной оснасткой.

Список литературы

1. Яковлев С.С., Подтягин В.Э., Никишкин А.Е. Исследование напряжений в инструменте при горячей объемной штамповки трубных заготовок с фланцем // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 12. С. 186-188.

2. Гололобова Л.Е., Чупеткин И.В., Чижов И.А. Оценка напряженного состояния при одновременной реализации осадки и обратного выдавливания // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 12. С. 138-141.

3. Никишкин А.Е. Анализ характера поведения материала при холодном обратном выдавливании // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 6. С. 340-342.

4. Ло Синь, Евсюков С.А., Юй Чжунци. Исследования процесса вытяжки в коническую матрицу // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 9. С. 513-520.

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

6. Яковлев С.С., Подтягин В.Э., Никишкин А.Е. Исследование распределения температур в процессе горячей объемной штамповки трубных заготовок с фланцем // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 12. С. 191-193.

7. Жерносек В.Н. Анализ формы детали и течения материала при комбинированном выдавливании // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 12. С. 555-557.

Грибачев Ярослав Васильевич, магистрант, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

COMPREHENSIVE STUDY OFEXTRUSION OFA SEMI-FINISHED PRODUCT UNDER

DIFFERENT FRICTION CONDITIONS

Y.V. Gribachev

In this work, a comprehensive study of the shape, size, technological force, velocity and vectors of material flow during cold volumetric extrusion with various factors of friction is carried out. The data necessary for the study were obtained using computer modeling.

Key words: metal forming by pressure, cold extrusion, bushing type part, friction, die forging, part shape and dimensions, software package, modeling.

Gribachev Yaroslav Vasilevich, student, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.73.01

ИЗУЧЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОМБИНИРОВАННОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРНЫХ РЕЖИМАХ

В.Н. Жерносек

При нескольких вариантах температурных режимов было проведено компьютерное моделирование выдавливания в открытом штампе. Анализируются параметры Кокрофта-Латама, наружные дефекты, геометрия получаемого полуфабриката и технологическое усилие штамповки.

Ключевые слова: повреждаемость, технологическая сила, поля, выдавливание, режимы штамповки, геометрия, обработка давлением.

Выдавливание представляет собой целую группу технологических операций, связанных с обработкой металлов давлением, и классифицируемых по температуре (горячее, холодное), направлению течения металла (прямое, обратное, комбинированное) и др. [1-4]. Исследования таких процессов очень важны, так как этими операциями выполняется значительное по количеству число деталей [5-7].

При этом температура формоизменения сказывается существенно на том, как протекает операция. Поэтому в настоящей работе будет рассмотрена геометрия получаемого изделия, поля Гартфилда, параметр Кокрофта-Латама и технологическая сила в зависимости от температуры заготовки и штамповой оснастки.

В качестве метода исследования было выбрано компьютерно-математическое моделирование в программе для оценки операций обработки металлов давлением QForm, и были проведены моделирования выдавливания, при котором материал течет в нескольких направлениях сразу. Рассматривались несколько температур для выявления закономерности влияния этого фактора на условия протекания процесса.

Были оценены форма и размеры полуфабриката (рис. 1), параметр повреждаемости (рис. 2) и технологическая сила (рис. 3). Стоит отметить, что подразумевается, что изделие после операции обработки давлением на следующем этапе будет подвержено механической обработке.

В моделировании учитывались тепловые и деформационные процессы, но не учитывалась анизотропия материала и упругие деформации. Заготовка является цилиндром из стали марки 10. Сравнивались процессы при температурах: 20, 800 и 1150°С.

Форма и размеры полуфабриката после выдавливания, получаемые при разных температурах, практически идентичны.

Как видно из схем распределения параметра Кокрофта-Латама, температура штамповки не влияет ни на величину данного параметра, ни на характер его распределения. В целом схема для всех температурных режимов практически идентична.

При этом наблюдается зона с высокой вероятностью разрушения, поэтому целесообразно изменить схему течения материала за счет изменения формы инструмента или замены операции комбинированного выдавливания на операции обратного выдавливания.