пїњ

–ј—„≈“ —»Ћќ¬џ’ ѕј–јћ≈“–ќ¬ ¬џ—ќ ќ— ќ–ќ—“Ќќ√ќ ’ќЋќƒЌќ√ќ ¬џƒј¬Ћ»¬јЌ»я

THE STRESSED AND DEFORMED STATES INHOMOHENITY THROUGHT THE PIPED DETAILS THICKNESS IN THE OPERA TION OF ISOTHERMAL REVERSE EXTRUSION
V.I. Platonov, A.K. Talalaev, M. V. Larina
The results of theoretical investigations of stressed and deformed states inhomohen-ity throught the piped details thickness in the operation of isothermal reverse extrusion of anisotropic pieces in the mode of short-durated creeping conditions are provided.
Key words: anisotropic material, reverse extrusion, stress, deformation, viscosity, creeping.
Platonov Valery Ivanovich, candidate of technical Sciences, docent, mpf-tula@rambler.ru. Russia, Tula, Tula State University,
Talaladav Alexey Kirillovich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula state University,
Larina Marina Viktorovna, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula state University,
Sobolev Yakov Alekseevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Moscow, Moscow engineering state University
”ƒ  621.777.44.014.016
–ј—„≈“ —»Ћќ¬џ’ ѕј–јћ≈“–ќ¬ ¬џ—ќ ќ— ќ–ќ—“Ќќ√ќ ’ќЋќƒЌќ√ќ ¬џƒј¬Ћ»¬јЌ»я
√.ћ. ∆уравлев, “.„. Ќгуен
¬ работе рассмотрен расчет операции высокоскоростного холодного выдавливани€, построенный на использовании метода конечного элемента и многошагового процесса с помощью программ DEFORM 3D, позвол€ющего получать технологическую силу и соответствующие ей параметры перемещени€.
 лючевые слова: высокоскоростное холодное выдавливание, метод конечных элементов.
¬ысокоскоростна€ деформаци€ относитс€ к традиционным способам обработки металлов и сплавов, котора€ в насто€щее врем€ находит широкое применение в новых способах обработки таких как: высокоскоростна€ ударна€ объемна€ штамповка, ротационное обжатие, штамповка взрывом. √овор€ о высокой скорости деформации (а следовательно и скорости деформировани€), следует отметить, что этот фактор позвол€ет со-
25
кратить длительность процесса штамповки, выполнить его почти без теплообмена, что создает услови€ дл€ изготовлени€ сложных и точных поковок с тонкими элементами. Ётому способствует наличие теплового эффекта, возникающего вследствие большой передачи энергии от рабочего инструмента к заготовке за малый промежуток времени. ѕри этом обрабатываемый материал успевает полностью деформироватьс€, прежде чем материал штампа достигает предела упругости, вследствие чего снижаетс€ погрешность размеров штампуемых деталей, св€занна€ с упругой деформацией инструмента. ¬ысока€ скорость деформации позвол€ет получать значительные мгновенные удельные силы, что дает возможность штамповать малопластичные металлы и сплавы, обработка которых другими способами сопр€жена с большими трудност€ми. “акже увеличение скорости деформации сопровождаетс€ снижением коэффициента контактного трени€. ¬ысокоскоростна€ объемна€ штамповка дает плотную и волокнистую структуру, мелкое и однородное зерно, и как следствие этого, более равномерное распределение твердости по всему объему заготовки.
¬ статье рассмотрен расчет силовых параметров операции высокоскоростного холодного выдавливани€ полуфабриката (готовой детали) типа туба (рис. 1). ”словием применени€ операции высокоскоростного холодного выдавливани€ дл€ алюминиевых сплавов €вл€етс€ возможность получени€ точных высококачественных изделий.
“ехнологическа€ операци€, характеризуетс€ истечением металла из замкнутой полости матрицы 3 в зазор между пуансоном 1 и матрицей в пр€мом и обратном направлении, перемещению пуансона.
013
–ис. 1. —хема процесса высокоскоростного холодного обратного выдавливани€: 1 - пуансон, 2 - заготовка, 3 - матрица,
4 - выталкиватель, и туба
26
ƒл€ расчета операции формообразовани€ - ударное холодное выдавливание туб используютс€ сформулированные определ€ющие соотношени€ дл€ анализа пластического формоизменени€ цилиндрических деталей высокоскоростным выдавливанием в услови€х объемного пластического течени€ и построенный функционал полной мощности, эквивалентный, полученной системе уравнений с учетом прин€тых допущений дл€ решени€ динамической задачи методом конечных элементов [1]. ¬ св€зи с указанными факторами выбран программный комплекс DEFORM-3DTM ”6.1, позвол€ющий моделировать процесса высокоскоростного холодного выдавливани€ с использованием 3D конечных элементов пирамидальной формы. ƒл€ создани€ геометрии заготовки и получаемой детали, экспериментального инструмента и используем программный комплекс SOLIDWORKS 2009.
–асчет операции высокоскоростного холодного выдавливани€ проводилс€ со степенью деформации, = 0,96 которые определ€лись по формуле:
77 Ч 7
= 7Чк, (1)
7 V у
1 н
где 7н - площадь боковой поверхности кружки,
7н = п- Ћкр Х ^кр = 625,177 мм; 7к - площадь поперечного сечени€ тубы,
7к = ѕ (л м Ч ^2 )= 21,272 мм.
ѕодставив значени€ в формуле (1) получим:
= 7 Ч 7 = 625,177 Ч 21,272 = 096
7н 625,177 Т
ќбычно соотношение между толщиной заготовки и толщиной стенок готового издели€ составл€ет от 4: 1 до 25: 1, что соответствует степени деформации от 75 до 96%.
ќпераци€ осуществл€етс€ на прессе модель X250S (номинальна€ сила 2500 кЌ, число ходов в минуту п = 210, ход № = 350 мм).
—корость деформировани€ при обратном выдавливании на механическом прессе определ€етс€ как скорость перемещени€ ползуна пресса по формуле[2]:
1
V = юя(эт а + Ч sin2a),
где я - радиус кривошипа, я = 175 мм; ю - углова€ скорость вращени€ кривошипного вала, рад/с; ю = €п/30; п - число оборотов в минуту, п = 210 об/мин; ю = 22; а - угол поворота кривошипа пресса, рад; 1 - отношение
я
радиуса к длине шатуна, 1 = Ч = 0,5 ; № - длина шатуна, № = 350 мм.

—корость кривошипного пресса в момент начала деформации будет
1 R
V = wR(sin авс + Ч 2sin авс cos авс) = wR(sin авс +Ч sin aвс cos авс)
2 L
где а вс - угол поворота при встрече инструмента и детали а вс = 15∞
V = 22 Х 175(sin15∞ + 0,5sin15∞ cos15∞) = 1478мм/с
2 2
-V = -3 3
ѕринимаем Vср = 1 м/с.
ѕринципиальна€ расчетна€ схема процесса высокоскоростного холодного выдавливани€,  Ё модели заготовки приведена на рис. 2.
—редн€€ скорость деформировани€ Vср =ЧV = Ч1478 = 985,3 мм/с
–ис. 2. —осто€ни€  Ё модели заготовки (начальное, на 100 шаге, на 200 шаге, и конечное)
28
јлгоритм программы заключаетс€ в следующем:
I. ¬вод€тс€:
1. √ еометрические размеры заготовки и инструмента.
2. ћатериал деформируемой заготовки, реологической модели;
3. –ежим обработки (температура заготовки и инструмента).
4. —корость деформировани€.
5.  оэффициент трени€ на инструменте (по  улону или по «ибелю); назначение контактирующих поверхностей.
6. –азбиение на сетку конечных элементов.
7.  оличество шагов и рабочий ход пуансона.
8. —оздание базы данных дл€ расчета.
9. ѕредварительный просмотр перемещени€ деформирующего инструмента.
II. ѕроводитс€ расчет:
1. “ехнологической силы.
2. –аспечатка результата в виде графика изменени€ технологической силы от хода или по шагам (рис.3) и результатов численных значений (таб.2).
¬вод исходных данных содержит:
»сходные данные дл€ моделировани€ процесса холодного выдавливани€:
“аблица 1
ѕараметры расчета________________________
ћатериал заготовки DIN-AL-99.7.COLD [70-500F(20-250C)] (соответствующий алюминиевый сплав ј7 √ќ—“ 21631-76
–ежим штамповки ’олодное выдавливание (“емпература материала заготовки и инструмента равн€лась 20∞ —)
–еологическа€ модель ∆есткопластический
ƒиаметр заготовки, мм 39,8
“олщина заготовки, мм 5
ƒетали штампов ∆есткие
ƒиаметр пуансона, мм 39,66
ƒиаметр матрицы, мм 40
„исло конечных элементов сетки заготовки 300000
–азмер  Ё, мм 0,23...0.45
—корость деформировани€, м/сек 1
–абочий ход пуансона 16,884 мм
—мазанные поверхности (матрица - заготовка, пуансон - заготовка) —месь масла индустриального марки »-20ј (√ќ—“ 20799-75) с 30-40% по массе графита
 оэффициент трени€ 0,1
– кн “ехнологическа€ сила
930
740
560
370
190
ќ
при высокоскоростном холодном выдавливание по шагам
“аблица 2
–асчЄт технологической силы
Ўаг ¬рем€, с ’од пуансона, мм “ ехнологическа€ сила –, Ќ
0 0 0 0
50 0,00083 8,27 6766
100 0,001312 13,124 631756
128 0,001331 13,313 882353
150 0,001345 13,45 793461
200 0,001393 13,934 686540
250 0,001458 14,58 612562
300 0,001528 15,285 490275
350 0.001583 15,832 438878
400 0,001652 16,5165 392140
429 0,001688 16,884 479554
ѕолученное максимальное значение технологической силы –тах = 882353 Ќ на шаге 128 и ход пуансона = 13,313мм
ѕолученные результаты сравнивались с результатами получены в работе [3].
¬ общем виде расчетна€ сила дл€ высокоскоростного холодного выдавливани€ можно производить по формуле:
–ис.3. √рафик изменени€ технологической силы
– = ЏЏ^0
(2)
_ Ўк
где ш = 2Ч- а - масса выдавливаемого издели€ в кг,
M
Ч ќ2 39 82 п
ш = р = р€Ч00 = 2700 Х 3,14 Ч-Ч 5 Х 10- = 0,017м; №0 Ч площадь по-
2 г: Ћ 39,82 10/ћ 2
перечного заготовки в мм , №0 = = 3,14Ч-Ч = 1244 мм
ƒл€ практических расчетов удельной силы при высокоскоростном холодном выдавливании следует примен€ть следующую формулу:
р = Џъ/1 + 2 Ўк а 1, (3)
V ћ )
где Џ = Џ1_Џ2Џ3Џ4Џ5 Ч произведение коэффициентов, завис€щий от конструктивной формы пуансона и матрицы; Џ^Ч характерный размер исходной заготовки, Џ\ = 0,9; Џ2Ч соотношение размеров исходной заготовки, Џ2 = 0,8; Џэ=1,05-1,5; Џ4 = 1,0 -1,3Ч сложность конфигурации поковки; Џ5Ч вли€ние угла входного конуса матрицы, Џ5 = 0,85; Џ = 56 .
ѕодставив значени€ дл€ нахождени€ удельной силы получим:
р = 56 Х 0,9 Х 0,8 Х 1,5 Х 1,3(1 + 0,017) = 79,96 кг/мм2.
ѕодставив значени€ в формуле (2) получим технологическую силу:
– = 1244 Х 79,96 = 99470 кг.
—опоставл€€, полученные результаты, определ€ем погрешность,
– - –тах 99470 - 88235 11 00/
численное значение которой составила--------=------------------= 11,3 %.
– 99470
ѕри формировании закрытого носика и стенки тюбиков с малой относительной толщиной очень трудно избежать нарушений в переходных част€х изделий. Ќо с помощью цифрового моделировани€ DEFORM-3D, мы сможем найти оптимальные параметры, чтобы получить качественные издели€.
—писок литературы
1. ∆уравлев √.ћ., Ќгуен “.„. ѕостановка задачи расчета процесса высокоскоростного холодного выдавливани€// »звести€ “ул√”. “ехнические науки. “ула: »зд-во “ул√”, 2013.
2. ∆ивов Ћ.»., ќвчинников ј.√., —кладчиков ≈.Ќ.  узнечноштамповочные оборудование: ”чебник дл€ вузов / под ред. Ћ.». ∆ивова. ћ.: »зд-во ћ√“” им. Ќ.Ё. Ѕаумана, 2006. 560 с.
3. —огришин ё.ѕ., √ришин Ћ.√., ¬оробьев ¬.ћ. Ўтамповка на вы-
31
сокоскоростных молотах. Ђћашиностроениеї, 1978. 167 с.
4. ¬ысокоскоростное малоотходное деформирование металлов в штампах / под ред. ¬.√.  ононенко. ’.: ¬ища шк. »зд-во при ’арьк ун-те, 1985. 176 с.
5. ¬ысокоскоростна€ объЄмна€ штамповка. ѕроцессы и оборудование. ѕод ред. Ќ.“. ƒеордиева. ћ., Ђћашиностроениеї (ЁЌ» ћјЎ, вып. 21), стр. 184.
6. «енкевич ќ. ћетод конечных элементов в технике. ћ.: ћир, 1975. 541 с.
∆уравлЄв √еннадий ћодестович, д-р техн. наук, проф., chuot_vans0984@yahoo.com, –осси€, “ула, “ульский государственный университет,
Ќгуен “хань „унг, аспирант, chuot_vans0984@yahoo.com, –осси€, “ула, “ульский государственный университет
THE CALCULATION FORCE PARAMETERS OF HIGH VELOCITY COLD BACKWARD
EXTRUSION
G.M. Zhuravlev, T.C. Nguyen
Consider the calculation of the operation of high-velocity cold backward extrusion, built on the use the method of final elements and multi-step decision-making process with software DEFORM 3D, allowing receive technological force and the corresponding displacement parameters.
Key words: high velocity cold extrusion, method of final elements.
Zhuravlev Gennady Modestovich, doctor of technical science, professor, chuot_vane0984@yahoo.com. Russia, Tula, Tula State University,
Nguyen Thanh Chung, the post-graduate student, chuot_vang0984@yahoo.com, Russia, Tula, Tula State University

пїњ