Тула, Россия
Россия
УДК 621.983.3 Глубокая вытяжка. Комбинированные операции вытяжки и вырубки. Отбортовка отверстия
УДК 539.376 Деформация при постоянной нагрузке. Ползучесть
В статье рассмотрена операция получения цилиндрических изделий с наклонным фланцем из титанового сплава ВТ6. Операция заключается в воздействии на прутковую заготовку из титанового сплава ВТ6 пуансоном со скошенной рабочей кромкой. При получении деталей с наклонным фланцем из труднодеформируемых сплавов необходима формулировка режимов технологии. Требуется уточнение скоростей деформирования и воздействия контактного трения на кинематику течения материала и силы формоизменения для оценки возможностей процесса выполнено CAE-моделирование. Поэтому выполнено моделирования операции получения цилиндрических изделий с наклонным фланцем из титанового сплава ВТ6 в программе для моделирования DEFORM. Установлено влияние скоростных условий операции на изменение величин интенсивностей напряжений в изделии. Выявлены зависимости влияния углов и скоростей деформирования на силу высадки. Результаты теоретических исследований, полученных в ходе моделирования, были обобщены. Был выполнен регрессионный анализ полученных в ходе моделирования результатов. По результатам моделирования получены выражения для оценки интенсивности напряжений. Результаты регрессионного моделирования хорошо согласуются с результатами компьютерного моделирования. Используя количественные результаты моделирования, проведена регрессионная оценка силы. Получены уравнения регрессии в натуральных значениях для оценки влияния ключевых параметров процесса при высадке, которые могут быть полезны непосредственно при назначении технологических режимов высадки заготовок из титановых сплавов. Результаты могут быть использованы при реализации технологий изготовления деталей с фланцевыми утолщениями, отличающихся наилучшими прочностными характеристиками и обладающих стойкостью к нагрузкам.
: высадка; исследование, формоизменение, моделирование
Сплошные цилиндрические детали с фланцем распространены в машиностроении. Технологии их получения достаточно отработаны [1 – 4]. В основном их получают высадкой. Но при получении деталей с наклонным фланцем из труднодеформируемых сплавов необходимо уточнение режимов технологии изготовления [5 – 8]. Требуется уточнение скоростей деформирования и воздействия контактного трения на кинематику течения материала и силы формоизменения [9 – 12]. Весьма удобным инструментом для этого является моделирование данного процесса в CAE-комплексе [13 – 15]. Поэтому выполнено моделирования операции получения цилиндрических изделий с наклонным фланцем из титанового сплава ВТ6. Выявлено влияние угла скоса пуансона, контактного трения и скоростей формоизменения на силы высадки и кинематику течения материала заготовки.
Исследована осадка прутка диаметром 60 мм. Схема процесса представлена на рис. 1. При расчетах считаем, что свободная часть заготовки имеет высоту , равную двум диаметрам
. Влияние скорости деформирования исследовалось в интервале 1,0…200 мм/мин. Материал заготовки – сплав ВТ6. Процесс рассчитывался при температуре деформирования 900 ℃. Угол конусности пуансона α = 0…7,0 ̊. Ход инструмента рассматривался в интервале
Схемы процесса высадки на конечном этапе при наибольшей величине силы для разных значений угла и с разными скоростями деформирования представлены на рис. 2 – 4. Данные схемы иллюстрируют изменение интенсивностей напряжений для варьируемых параметров.
Установлено, что на изменение интенсивностей напряжений в объеме детали наибольшее влияние оказывает изменение скоростных режимов операции. Рост скоростей деформирования приводит к увеличению значений интенсивностей напряжений в два раза. Увеличение угла скоса пуансона ведет к росту интенсивностей напряжений на 20…25 %.
Выявленные зависимости влияния углов и скоростей деформирования на силу процесса высадки приведены на рис. 5 и рис. 6.
Изменённые силы высадки в зависимости от скоростей деформирования и угла конусности носит характер похожий на изменение интенсивностей напряжений. Рост скорости перемещения инструмента в интервале 3…200 мм/мин может приводить к увеличению силовой нагрузки в четыре раза для пуансонов с большими углами конусности и в пять раз для пуансонов с меньшими углами конусности. Рост угла конуса пуансона ведет к снижению силы на 50 %. Разница в величинах углов конусности становится заметной в конце рабочего хода инструмента.
Результаты теоретических исследований, полученных в ходе моделирования, были обобщены. А именно был выполнен регрессионный анализ полученных в ходе моделирования результатов. В качестве входных параметров были приняты скорость деформирования , угол пуансона
и коэффициент трения
. Данные для регрессионного моделирования приведены в табл. 1. Матрица планирования представлена в табл. 2 [12].
По результатам моделирования получены выражения для оценки интенсивности напряжений в кодированных и натуральных величинах:
Результаты регрессионного моделирования хорошо согласуются с результатами компьютерного моделирования. Наибольшее влияние на силовые режимы оказывает скорость деформирования. Таким образом, при необходимости формирования скоса на заготовке с углами более 3,0 ̊ обеспечение скоростных условий в интервале 3,0…30 мм/мин позволяет обеспечить снижение силовой нагрузки и снижению неравномерности напряженного состояния. Полученные результаты можно использовать при разработке технологий высадки изделий со скошенным фланцем как рекомендации для назначения режимов деформирования.
1. Demin V. A., Larin S. N., Riskin R. V., Rizkova A. A. Stu0y the influence of anisotropy of the drawing cylindrical part // CIS Iron and Steel Review / Vol. 16 (2018), pp. 25-28
2. Ларин С.Н., Платонов В.И., Ларина М.В. Влияние геометрии деформирующего инструмента на напряженно-деформированное состояние при комбинированном выдавливании // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. № 5. С. 451-456.
3. Zhichao Sun, Jing Cao, Huili Wu, Zhikun Yin. Inhomogeneous deformation law in forming of multi-cavity parts under complex loading path // Journal of Materials Processing Technology. 2018. Vol. 254. P. 179-192.
4. Springer P, Prahl U Characterisation of mechanical behavior of 18CrNiMo7-6 steel with and without under warm forging conditions through processing maps analysis // Journal of Materials Processing Technology, 2016. Vol. 237. P. 216-234.
5. Дёмин В.А., Ларин С.Н. Технологическое обеспечение и повышение качества заготовок, получаемых обработкой металла давлением // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2022. № 8 (134). С. 12-19.
6. Aksenov S. A., Chumachenko E. N., Kolesnikov A. V., Osipov S. A. Determination of optimal gas forming conditions from free bulging tests at constant pressure Journal of Materials Processing Technology. 2015. Vol. 217. P. 158-164.
7. Ларин С.Н., Пасынков А.А., Нуждин Г.А. Обратное выдавливание прутковой заготовки с активным трением и вытяжкой утолщения на торце // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2020. № 6 (108). С. 16-20.
8. Малинин Н.Н. Ползучесть в обработке металлов. М.: Машиностроение, 1986. 216 с.
9. Пасынков А.А., Борискин О.И., Ларин С.Н. Теоретические исследования операции изотермической раздачи труб из труднодеформируемых цветных спавов в условиях кратковременной ползучести // Цветные металлы. 2018. № 2. С. 74-78.
10. Larin S.N., Pasynkov A.A. Analysis of forming properties during the isothermal upsetting of cylindrical workpieces in the viscous-plasticity mode // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Vol. 441. Issue 1, 2. November 2018.
11. Теория пластических деформаций металлов / Е. П. Унксов, У. Джонсон, В. Л. Колмогоров и др. М.: Машиностроение, 1983. 598 с.
12. Панфилов Г.В., Недошивин С.В., Перминов Д.А. Применение статистического машинного эксперимента для исследования теоретической модели штамповки сердечников пуль // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2014. Вып. 6. С. 61-73.
13. Черняев А.В., Чарин А.В., Гладков В.А. Исследование силовых режимов радиального выдавливания внутренних утолщений на трубных заготовках // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. № 10. С. 440-445.
14. Теория обработки металлов давлением / Учебник для вузов / В.А. Голенков, С.П. Яковлев, С.А. Головин, С.С. Яковлев, В.Д. Кухарь / Под ред. В.А. Голенкова, С.П. Яковлева. М.: Машиностроение, 2009. 442 с.
15. Пасынков А.А., Ларин С.Н., Исаева А.Н. Теоретическое обоснование схемы обратного изотермического выдавливания трубной заготовки с активным трением и вытяжкой ее краевой части // Заготовительные производства в машиностроении. 2020. №10. С. 462-465
