Комбинированное радиально-обратное выдавливание деталей с фланцем

Рассмотрены способы изготовления полых и стержневых деталей с фланцем методом комбинированного радиально-обратного выдавливания. Приведены результаты моделирования процесса, выполненного с помощью метода конечных элементов (МКЭ). Дана оценка закономерностям формоизменения и деформированного состояни...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:	Физика и техника высоких давлений
Datum:	2016
1. Verfasser:	Алиева, Л.И.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України 2016
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/122754
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Комбинированное радиально-обратное выдавливание деталей с фланцем / Л.И. Алиева // Физика и техника высоких давлений. — 2016. — Т. 26, № 3-4. — С. 43-56. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-122754
record_format	dspace
spelling	Алиева, Л.И. 2017-07-19T14:00:04Z 2017-07-19T14:00:04Z 2016 Комбинированное радиально-обратное выдавливание деталей с фланцем / Л.И. Алиева // Физика и техника высоких давлений. — 2016. — Т. 26, № 3-4. — С. 43-56. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 62.20.Fe https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/122754 Рассмотрены способы изготовления полых и стержневых деталей с фланцем методом комбинированного радиально-обратного выдавливания. Приведены результаты моделирования процесса, выполненного с помощью метода конечных элементов (МКЭ). Дана оценка закономерностям формоизменения и деформированного состояния заготовки в процессе комбинированного выдавливания деталей типа стакана с фланцем и стержня с фланцем. Установлено, что при комбинированном выдавливании с истечением металла в радиальном и обратном направлениях очаги интенсивной пластической деформации сосредоточены в зонах выходных отверстий на переходных кромках деформирующего инструмента. Представлены графические зависимости формообразования элементов деталей, которые позволяют прогнозировать получение деталей с необходимыми геометрическими параметрами. Розглянуто способи виготовлення порожнистих і стрижневих деталей з фланцем методом комбінованого радіально-зворотного видавлювання. Наведено результати моделювання процесу, виконаного за допомогою методу кінцевих елементів. Дано оцінку закономірностям формозміни й деформованого стану заготовки в процесі комбінованого видавлювання деталей типу склянки з фланцем і стрижня з фланцем. Встановлено, що при комбінованому видавлюванні з течією металу в радіальному та зворотному напрямках осередки інтенсивної пластичної деформації зосереджені в зонах вихідних отворів на перехідних крайках деформуючого інструменту. Представлено графічні залежності формоутворення елементів деталей, які дозволяють прогнозувати отримання деталей з необхідними геометричними параметрами. In this paper, methods of manufacturing hollow and rod parts with flange in combined radial-backward extrusion are considered. The results of process simulation are defined by finite element method. The estimation of billet deformation and billet strain state in combined extrusion such as parts of cup and rod with flange are determined. It is considered that in combined extrusion with metal outflow in radial and backward direction, shaping of intensive plastic deformation is concentrated in outlets zones and deformed tool of transient edges. The depending on the shaping of parts that allows to predict for making parts with the necessary geometrical dimensions as graphical shapes are determined. ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Комбинированное радиально-обратное выдавливание деталей с фланцем Combined radial-backward extrusion of flange parts Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Комбинированное радиально-обратное выдавливание деталей с фланцем
spellingShingle	Комбинированное радиально-обратное выдавливание деталей с фланцем Алиева, Л.И.
title_short	Комбинированное радиально-обратное выдавливание деталей с фланцем
title_full	Комбинированное радиально-обратное выдавливание деталей с фланцем
title_fullStr	Комбинированное радиально-обратное выдавливание деталей с фланцем
title_full_unstemmed	Комбинированное радиально-обратное выдавливание деталей с фланцем
title_sort	комбинированное радиально-обратное выдавливание деталей с фланцем
author	Алиева, Л.И.
author_facet	Алиева, Л.И.
publishDate	2016
language	Russian
container_title	Физика и техника высоких давлений
publisher	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
format	Article
title_alt	Combined radial-backward extrusion of flange parts
description	Рассмотрены способы изготовления полых и стержневых деталей с фланцем методом комбинированного радиально-обратного выдавливания. Приведены результаты моделирования процесса, выполненного с помощью метода конечных элементов (МКЭ). Дана оценка закономерностям формоизменения и деформированного состояния заготовки в процессе комбинированного выдавливания деталей типа стакана с фланцем и стержня с фланцем. Установлено, что при комбинированном выдавливании с истечением металла в радиальном и обратном направлениях очаги интенсивной пластической деформации сосредоточены в зонах выходных отверстий на переходных кромках деформирующего инструмента. Представлены графические зависимости формообразования элементов деталей, которые позволяют прогнозировать получение деталей с необходимыми геометрическими параметрами. Розглянуто способи виготовлення порожнистих і стрижневих деталей з фланцем методом комбінованого радіально-зворотного видавлювання. Наведено результати моделювання процесу, виконаного за допомогою методу кінцевих елементів. Дано оцінку закономірностям формозміни й деформованого стану заготовки в процесі комбінованого видавлювання деталей типу склянки з фланцем і стрижня з фланцем. Встановлено, що при комбінованому видавлюванні з течією металу в радіальному та зворотному напрямках осередки інтенсивної пластичної деформації зосереджені в зонах вихідних отворів на перехідних крайках деформуючого інструменту. Представлено графічні залежності формоутворення елементів деталей, які дозволяють прогнозувати отримання деталей з необхідними геометричними параметрами. In this paper, methods of manufacturing hollow and rod parts with flange in combined radial-backward extrusion are considered. The results of process simulation are defined by finite element method. The estimation of billet deformation and billet strain state in combined extrusion such as parts of cup and rod with flange are determined. It is considered that in combined extrusion with metal outflow in radial and backward direction, shaping of intensive plastic deformation is concentrated in outlets zones and deformed tool of transient edges. The depending on the shaping of parts that allows to predict for making parts with the necessary geometrical dimensions as graphical shapes are determined.
issn	0868-5924
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/122754
citation_txt	Комбинированное радиально-обратное выдавливание деталей с фланцем / Л.И. Алиева // Физика и техника высоких давлений. — 2016. — Т. 26, № 3-4. — С. 43-56. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT alievali kombinirovannoeradialʹnoobratnoevydavlivaniedetaleisflancem AT alievali combinedradialbackwardextrusionofflangeparts
first_indexed	2025-11-25T22:54:35Z
last_indexed	2025-11-25T22:54:35Z
_version_	1850575758005633024
fulltext	Физика и техника высоких давлений 2016, том 26, № 3–4 © Л.И. Алиева, 2016 PACS: 62.20.Fe Л.И. Алиева КОМБИНИРОВАННОЕ РАДИАЛЬНО-ОБРАТНОЕ ВЫДАВЛИВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ С ФЛАНЦЕМ Донбасская государственная машиностроительная академия, г. Краматорск Статья поступила в редакцию 07 декабря 2016 года Рассмотрены способы изготовления полых и стержневых деталей с фланцем ме- тодом комбинированного радиально-обратного выдавливания. Приведены резуль- таты моделирования процесса, выполненного с помощью метода конечных эле- ментов (МКЭ). Дана оценка закономерностям формоизменения и деформирован- ного состояния заготовки в процессе комбинированного выдавливания деталей типа стакана с фланцем и стержня с фланцем. Установлено, что при комбиниро- ванном выдавливании с истечением металла в радиальном и обратном направлени- ях очаги интенсивной пластической деформации сосредоточены в зонах выходных отверстий на переходных кромках деформирующего инструмента. Представлены графические зависимости формообразования элементов деталей, которые позво- ляют прогнозировать получение деталей с необходимыми геометрическими пара- метрами. Ключевые слова: способы выдавливания, детали с фланцем, комбинированное радиально-обратное выдавливание, метод конечных элементов, деформированное состояние, формоизменение Розглянуто способи виготовлення порожнистих і стрижневих деталей з фланцем методом комбінованого радіально-зворотного видавлювання. Наведено результа- ти моделювання процесу, виконаного за допомогою методу кінцевих елементів. Дано оцінку закономірностям формозміни й деформованого стану заготовки в процесі комбінованого видавлювання деталей типу склянки з фланцем і стрижня з фланцем. Встановлено, що при комбінованому видавлюванні з течією металу в ра- діальному та зворотному напрямках осередки інтенсивної пластичної деформації зосереджені в зонах вихідних отворів на перехідних крайках деформуючого ін- струменту. Представлено графічні залежності формоутворення елементів дета- лей, які дозволяють прогнозувати отримання деталей з необхідними геометрич- ними параметрами. Ключовi слова: способи видавлювання, деталі з фланцем, комбіноване радіально- зворотне видавлювання, метод кінцевих елементів, деформований стан, формозмі- нення Введение Процессы холодного объемного деформирования являются эффективны- Физика и техника высоких давлений 2016, том 26, № 3–4 44 ми малоотходными способами изготовления высококачественных заготовок и деталей различной конфигурации для машиностроения. Полые и стержне- вые детали с фланцем весьма распространены в приборо- и машинострое- нии. Освоенными технологиями получения деталей такого типа являются многопереходная высадка [1], а также продольное (обратное и прямое) и ра- диальное выдавливание (рис. 1,б), дополненное, как правило, операцией вы- садки фланца [1,2]. Для полых и многоступенчатых стержневых деталей с фланцем более производительной представляется технология комбинированного выдавли- вания, сочетающая способы поперечного радиального и продольного обрат- ного выдавливания [2,3]. В предыдущих исследованиях комбинированного выдавливания деталей с фланцем отмечены особое влияние положения фланца и его роль в процес- се, где в одном комбинированном очаге деформации совмещаются радиаль- ное выдавливание фланца и продольное прямое выдавливание отростка [4]. Фланец, который уже сформирован, может выступать в роли застойной зо- ны, относительно которой металл продолжает интенсивно сдвигаться и пе- ремещаться в прямом направлении. Это приводит к разрушению детали по линиям максимального сдвига ввиду исчерпания ресурса пластичности ме- талла и к отделению фланца. Данного недостатка лишен менее изученный способ радиально-обратного выдавливания деталей, в котором с одного торца заготовки выдавливают фланец, а с противоположного торца – осевой отросток или полый стержень [5–8]. Целью настоящего исследования является оценка закономерностей фор- мообразования и возможностей процесса радиально-обратного выдавлива- ния полых и стержневых деталей с фланцем. Способы комбинированного выдавливания Принято считать, что комбинированное выдавливание – это процесс де- формирования заготовки, в котором совмещаются несколько простых спо- собов выдавливания и происходит одновременное истечение металла по не- скольким направлениям. Такое повышение степени свободы течения метал- ла вызывает заметное снижение полных и удельных нагрузок на инстру- мент, что благоприятно влияет на работоспособность инструмента. Приве- денное определение способа комбинированного выдавливания является не- достаточным, поскольку в настоящее время разработаны схемы последова- тельного (по времени или по пути деформирования) комбинирования про- стых схем выдавливания. В первую очередь это связано с включением в комбинацию наряду с традиционными схемами продольного (обратного и прямого) выдавливания и новых схем поперечного (радиального и бокового) выдавливания. Последовательное (строго говоря, последовательно- параллельное) радиально-прямое и радиально-обратное выдавливание со- Физика и техника высоких давлений 2016, том 26, № 3–4 45 стоит в выполнении простых способов последовательного деформирования по пути деформирования [3,9]. В отличие от этой группы существуют и спо- собы поэтапного комбинированного выдавливания, когда простые способы выдавливания дополняют друг друга по времени осуществления. На рис. 1 представлены способы комбинированного радиально-обратного выдавливания полых и сплошных деталей с фланцем. 1 2 3 А В С Рис. 1. Способы комбинированного радиально-обратного выдавливания Способы групп A и B относятся к совмещенным способам комбинирован- ного выдавливания, в которых металл из очага деформации выдавливается одновременно по нескольким направлениям. Схемы группы A объединяют способы деформирования с одновременным формированием у детали с од- ного торца полости, а с противоположного торца – фланца. По схеме А1 из исходных сплошных заготовок получают полые детали типа стакана с флан- цем, расположенным в донной части. Схемы A2 и А3 предусматривают ис- пользование исходной трубчатой заготовки и радиально-обратное выдавли- вание полой детали типа втулки со ступенчатой внутренней поверхностью. Отличие схемы А3 состоит в том, что истечение выдавливаемого металла возможно и в третьем направлении. P P P P P P P P P V V V V V V V V V V2 V2 V2 P2 Физика и техника высоких давлений 2016, том 26, № 3–4 46 Способами, включенными в группу B, одновременно с радиальным вы- давливанием фланца путем обратного выдавливания формируют стержневой элемент детали. Этот стержень может быть сплошным (схема B1) или полым (схемы B2, В3). Особенность группы состоит также и в использовании поло- го пуансона, формирующего наружный ступенчатый контур детали «обжа- тием» исходной заготовки. В группу C включены представители поэтапного комбинированного вы- давливания. Для последовательного поэтапного выдавливания по различным сочетаемым схемам деформирования в данном случае (в отличие от преды- дущих групп) на каждом этапе процесса должна быть установлена опреде- ленная согласованная кинематика движения деформирующего и формообра- зующего инструментов. После формирования на первом этапе процесса внедрением пуансона и радиальным выдавливанием фланца включаются в движение либо матрица (схема C1), либо контрпуансон (схема C2) [2,3]. По схеме С3 матрица способна к реверсивному движению, обеспечивающему формообразование профильной наружной поверхности штампуемого изде- лия [10]. Методика исследований Для исследования закономерностей формообразования и технологиче- ских возможностей способов комбинированного радиально-обратного вы- давливания были применены методы компьютерного моделирования и экс- периментальных исследований. Для анализа напряженно-деформированного состояния при комбинированном выдавливании деталей с фланцем исполь- зовали МКЭ с применением программного продукта Qform 2/3D [11]. Экс- периментальные исследования выполняли при помощи методов делитель- ных сеток и тензометрирования. МКЭ-моделирование проведено при следующих условиях: упрочнение алюминиевого сплава АД31 описано кривой упрочнения s = 191.55e 0.202 MPa, а меди М2 – кривой s = 392.11e 0.3591 MPa при скоро- сти деформирования 0.25 s –1 ; коэффициент трения по А.Н. Леванову  = 0.08–0.16; скорость перемещения инструмента 1 mm/s; инструмент абсо- лютно жесткий. При экспериментальном исследовании деформированного состояния ме- тодом делительных сеток применена методика И.П. Ренне по обработке ре- зультатов искажения делительной сетки [12]. Для сопоставления результа- тов анализа привлечены также результаты анализа, проведенного энергети- ческим методом верхней оценки [6,13]. Результаты исследования По данным расчетов МКЭ-процесса радиально-обратного выдавливания стакана с фланцем из медной заготовки (радиус заготовки R0 = 20 mm, высо- та T = 30 mm, радиус пуансона Rp = 10.5 mm, толщина фланца H = 10 mm) Физика и техника высоких давлений 2016, том 26, № 3–4 47 получен массив результатов математических экспериментов в виде полей распределения компонент деформаций и напряжений (рис. 2). Рис. 2. Картины напряженно-деформированного состояния деталей при радиально- обратном выдавливании, полученные МКЭ-моделированием В соответствии с результатами моделирования было установлено, что очагом интенсивной деформации является вся центральная зона заготовки, которая находится под пуансоном. По линии, проведенной от кромки пуан- сона до закругления полуматрицы, происходит разделение течения металла в радиальном и обратном направлениях. Наиболее интенсивной деформации подвергаются слои металла, примыкающие к калибрующему пояску пуансо- на. В стенке выдавленного стакана наблюдается деформированное состоя- ние со значительной неравномерностью. Наружные слои и зона, примыка- ющая к кромке стакана, являются слабодеформированными. Фланец, полу- чаемый при комбинированном выдавливании, имеет несколько иную форму, чем при простом радиальном выдавливании. Наблюдаются неприлегание периферийной зоны фланца к торцу инструмента и искажение его формы в виде «носка сапога». По-видимому, это объясняется воздействием сил тре- ния, а также особенностью кинематики течения металла в круговую полость, когда в радиальную полость вытесняется металл из нижней центральной зо- ны очага деформации. Распределение значений сопротивления деформиро- вания и среднего напряжения (рис. 2) в основном соответствует распределе- нию интенсивности деформаций. Картины поэтапного формоизменения, полученные МКЭ, а также энерге- тическим методом [6], дали возможность оценить изменения геометрии по- луфабриката по мере развития процесса. Характер приращения размеров по- луфабриката по высоте стенки стакана l1 и по радиусу фланца l2 меняется при изменении толщины фланца, соотношений геометрических параметров процесса и условий контактного трения, при этом разброс значений, как правило, увеличивается с уменьшением толщины фланца. Отметим, что отношение скоростей истечения металла в радиальном и обратном направлениях растет с увеличением отношения высоты фланца к Физика и техника высоких давлений 2016, том 26, № 3–4 48 толщине формируемой стенки стакана при одном и том же значении вели- чины хода S. Различные условия трения на боковых поверхностях стакана и пуансона, а также в донной части оказывают существенное воздействие на процесс формообразования полуфабриката (Rp = 10.0 mm, R0 = 22.5 mm, H = 3.0 mm, T = 12.0 mm). При этом отклонение полученных приращений l1 для макси- мально большого разброса коэффициентов трения  в направлениях истече- ния металла может достигать 30% и более и далее увеличиваться по ходу процесса деформирования (рис. 3,а). При минимальном трении в направле- нии обратного выдавливания и повышенном в зоне фланца ( = 0.4) величи- на приращения высоты стенки стакана возрастает на 50% (кривая 1). И, наоборот, увеличение трения ( = 0.4) в зоне стенки сокращает приращение высоты стенки (кривая 3). Это означает, что трение является весомым управляющим фактором, позволяющим корректировать размеры получае- мой детали без каких-либо дополнительных технологических решений. Од- нако обеспечение одинаковых условий трения на боковой стенке стакана и в донной части в зоне фланца практически не влияет на величину приращений размеров полуфабриката (кривая 2). а б Рис. 3. Теоретические (а) и экспериментальные (б) данные о приращении размеров при выдавливании полуфабрикатов Для оценки возможностей прогнозирования поэтапного формообразова- ния заготовки в процессе деформирования был проведен сравнительный анализ экспериментальных данных и результатов, полученных на основе МКЭ-моделирования. Построены графики приращений стенки (кривая 1) и фланца (кривая 2) полуфабрикатов из алюминиевого сплава АД31 (Rp = 7.5 mm, R0 = 10.6 mm, H = 3.0 mm, T = 20.0 mm) с нанесением значений приращения размеров, полученных экспериментально. Расхождение сопостав- ляемых данных не превышало 20% (рис. 3,б). Экспериментальные исследования деформированного состояния в про- цессе комбинированного радиально-обратного выдавливания деталей типа Физика и техника высоких давлений 2016, том 26, № 3–4 49 стакана (Rp = 7.5 mm, R0 = 12.0 mm, H = 5.0 mm, T = 22.0 mm) показали ре- зультаты, качественно близкие к полученным при МКЭ-моделировании (рис. 4). С начала деформирования заготовки очаги деформации (ОД) ради- ального и обратного истечения разнесены друг от друга, что благоприятно сказывается на процессе формообразования, поскольку препятствует воз- никновению поверхностей с высоким градиентом деформаций и интенсив- ными сдвигами (являющимися «предшественниками» трещин). Особенность состоит в том, что, хотя интенсивная деформация и сосредоточивается в от- дельных зонах у выходных отверстий, в промежуточной зоне, которую при- нято считать жесткой (недеформируемой), степень деформации также нарастает. Эту особенность очага деформации следует учитывать при выбо- ре поля скоростей и анализе силового режима процесса. γrz εθ εr εz εi Рис. 4. Искажение сетки и поля деформаций при выдавливании стакана с фланцем Моделирование процесса радиально-обратного выдавливания стержне- вых деталей с фланцем (2R0 = 28.2 mm, диаметр отростка 2R = 15 mm, высо- та 20 mm, ход S до 10 mm, H = 3, 4 и 5 mm) также выполнено при помощи МКЭ и физических экспериментов. Для этого процесса тоже характерно наличие двух автономных очагов деформации. По ходу процесса локализо- ванные ОД увеличиваются в размерах, а высота промежуточной жесткой зоны уменьшается. С развитием процесса и снижением высоты исходной заготовки промежуточная жесткая зона постепенно разделяется на две сла- бодеформированные области. Одна из них располагается под торцом полого Физика и техника высоких давлений 2016, том 26, № 3–4 50 пуансона, имеет кольцевую форму и примыкает к боковой поверхности мат- рицы. Вытеснение металла в обратном направлении в отросток незначительно. Отросток формируется в основном за счет углубления полого пуансона в заготовку. Интенсивная деформация и в этом процессе сосредоточивается у выходных отверстий, а в промежуточной слабодеформируемой зоне дефор- мация нарастает по ходу выдавливания. Сдвиговая деформация распростра- няется в глубь очага вдоль условной линии, соединяющей кромки выходных отверстий матрицы. В средней части по центру заготовки образуется еще одна слабодеформируемая зона металла, имеющая вид своеобразного стержня с диаметром меньше диаметра осевого отростка. При выдавливании деталей с утолщенными фланцами диаметр этой зоны постепенно уменьша- ется, вплоть до нуля в нижней части ОД. В нижней придонной части ОД во- круг упомянутой застойной зоны размещается слой металла в виде диска с высотой, приближенно равной толщине фланца, который подвергается не- прерывному сжатию в течение всего процесса. Из данной зоны металл вы- тесняется в радиальную полость, т.е. подвергается выдавливанию. Одновре- менно с этим происходит образование фланца на детали. Сжатие указанных слоев в виде диска происходит со значениями степени деформации, при- ближенными к наибольшим наблюдаемым во всей заготовке. Зоной с максимальной степенью деформации является зона, прилегающая к кромке полого пуансона, т.е. в области разворота и выдавливания металла в обратном направлении. Зоны разворота металла и течения во фланец и от- росток представляют собой участки деформации со сложным деформиро- ванным состоянием, в которых совмещаются сжатие, сдвиг и разворот вы- тесняемого металла. При этом неравномерность деформированного состоя- ния получаемого отростка значительна, так как в верхней части отростка и в слоях, прилегающих к оси его симметрии, степень деформации минимальна. Анализ деформированного состояния, выполненный МКЭ-моделированием, в целом подтверждается и экспериментальными исследованиями, проведен- ными методом делительных сеток [5]. Условия трения на опорной поверхности стакана оказывают влияние на образование таких дефектов формы фланца, как разрыв и изгиб его края. Но воздействие трения в том небольшом диапазоне величин, который характе- рен для холодного деформирования, вполне прогнозируемо. Влияние радиу- сов переходных кромок на силовой режим и формоизменение также невели- ко в сравнении с воздействием размеров самих выходных отверстий. Для оценки закономерностей формообразования штампуемых деталей по результатам моделирования были построены графики, которые показывают характер формирования детали при помощи установления относительного объема металла 0V (отнесенного ко всему его смещенному объему), который расходуется на образование отростка. При этом изменялись условия трения (коэффициент трения ) и геометрические параметры процесса комбиниро- Физика и техника высоких давлений 2016, том 26, № 3–4 51 ванного выдавливания (рис. 5) [5]. Высота заготовки из сплава АД31 диа- метром R0 = 28.2 mm авнялась 30 mm. Видно, что с увеличением относи- Рис. 5. Картины деформированного состояния заготовки при комбинированном выдавливании а б Рис. 6. Зависимость объема формируемого отростка от относительных величин толщины фланца (а) и радиуса отростка (б) тельной толщины фланца уменьшается объем металла, вытекаемого в отро- сток с относительным радиусом 0/R R R . Такая тенденция наблюдается до значения 0/ 0.35h H R  (при толщине фланца H = 5 mm), после чего уве- Физика и техника высоких давлений 2016, том 26, № 3–4 52 личивается заполнение отростка металлом, истекаемым в обратном направ- лении. Это объясняется тем, что на первом этапе преимущественным направлением течения является радиальное выдавливание во фланцевую зо- ну, а на последней стадии при увеличении диаметра и объема фланца повы- шается сопротивление деформированию во фланце, и происходит рост объ- ема металла, перемещаемого в отросток. Повышение трения во фланцевой зоне также способствует большему перемещению металла в отросток. Пре- имущественное течение в область фланца подсказывает, что его ограниче- ние по наружному контуру способствует достижению требуемых размеров детали. Интересно отметить, что такое ограничение, хотя и вызывает замет- ный рост сил деформирования, не является критическим. Вместе с тем этим способом при необходимости удается достичь достаточно четкого оформле- ния фасонного (многогранного или более сложного) контура фланца, что при обычном радиальном выдавливании в закрытую полость недопустимо из-за появления критических нагрузок на инструмент. Рис. 7. Изменение геометрии полуфабриката, рассчитанное методом верхней оцен- ки (1) и МКЭ (2) Для оценки закономерностей формоизменения проводили наблюдения и за нарастанием размеров фланца и отростка при выдавливании деталей. Кар- тины поэтапного увеличения контура детали, представленные на рис. 7, поз- воляют сопоставлять данные расчета формоизменения детали (2R0 = 28 mm, 2R = 20 mm, S = 15 mm, H = 3 mm) с отростком и фланцем МКЭ и методом верхней оценки [6]. Оба метода показывают, что приращение высоты детали в сравнении с исходной высотой заготовки незначительно, а образование отростка происходит преимущественно за счет внедрения пуансона в заго- товку. Этот вывод подтверждается и экспериментальными данными. Детали, получаемые рассмотренными способами комбинированного вы- давливания, отличаются сложностью конфигураций (рис. 8), высоким каче- ством поверхности и точностью диаметральных размеров детали, обуслов- ленной тем, что обработка пластическим деформированием производится в одной и той же матрице без переустановки полуфабрикатов. Физика и техника высоких давлений 2016, том 26, № 3–4 53 Рис. 8. Детали, изготовленные радиально-обратным выдавливанием Места, уязвимые с точки зрения разрушения, – это периферия выдавлива- емого фланца, где напряженное состояние близко к линейному вследствие действия одного окружного растягивающего напряжения. Линии сдвига (проведенные между переходными кромками) могут представлять опасность с точки зрения исчерпания ресурса пластичности при деформировании ма- лопластичных металлов и сплавов, а также при худших условиях контактно- го трения на торце пуансона и боковой поверхности матрицы. Ограничением в использовании схем радиально-обратного выдавливания стержневых деталей может быть то обстоятельство, что применение полого пуансона возможно лишь для деформирования материала с низким напря- жением текучести. В противном случае срок службы такого инструмента, испытывающего значительные растягивающие напряжения, станет недоста- точным. а б в г Рис. 9. Дефекты деталей при комбинированном выдавливании Дефектами, характерными для данных процессов комбинированного вы- давливания, являются утяжины, отклонения формы фланцев, неприлегания и разрывы. Дефекты типа утяжин присущи в основном деталям типа стака- нов с фланцем. Утяжины внутри полости появляются при совмещенном вы- давливании полости стакана при приближении пуансона к зоне образования Физика и техника высоких давлений 2016, том 26, № 3–4 54 фланца (рис. 9,а). При поэтапном выдавливании этот дефект возникает при прохождении пуансоном участка формирования фланца. Для устранения дефекта необходимо обеспечить заблаговременное заполнение радиальной полости под фланец. Утяжина на дне стакана имеет ту же природу, что и при обратном выдавливании стаканов без фланца, т.е. вызвано опережающим течением в стенки внутренних частиц металла по сравнению с течением пе- риферийных частиц (рис. 9,б) [9,14,15]. Во избежание данного дефекта дета- лей следует ограничить минимальную толщину дна выдавливаемого стакана величиной, равной толщине стенки стакана. Дефекты в виде разрывов и разрушений фланцев (рис. 9,в) вызваны, как было отмечено, неблагоприятной схемой напряженно-деформированного состояния металла на периферийных участках выдавливаемого фланца. Для улучшения штампуемости и увеличения предельного диаметра фланца ре- комендуется предусмотреть высадку фланца на заключительной стадии [2,3]. Для поэтапных схем комбинированного выдавливания также харак- терны дефекты типа утяжин в полости, появляющиеся при смене стадий об- ратного и радиального выдавливания (рис. 9,г). Полученные сведения позволят обосновать технологические рекоменда- ции для получения качественных полых и стержневых деталей с фланцем холодным комбинированным выдавливанием. Выводы Рассмотрены способы изготовления деталей с фланцем методом комби- нированного радиально-обратного выдавливания. Приведены результаты моделирования процесса комбинированного радиально-обратного выдавли- вания стержневой детали с фланцем и отростком МКЭ. Дана оценка законо- мерностям формоизменения и развития напряженно-деформированного со- стояния заготовки в процессе комбинированного выдавливания полых и стержневых деталей. Установлено, что при комбинированном выдавливании с истечением металла в радиальном и обратном направлениях очаги интен- сивной пластической деформации автономно сосредоточены в зонах выход- ных отверстий на переходных кромках деформирующего инструмента. Представлены графические зависимости формоизменения заготовки, кото- рые позволяют прогнозировать получение полуфабрикатов с необходимыми геометрическими параметрами. Дано сопоставление расчетных значений параметров формоизменения, полученных МКЭ, энергетическим методом верхней оценки и путем экспериментальных исследований. 1. В.А. Евстратов, Основы технологии выдавливания и конструирования штам- пов, Вища школа, Харьков (1987). 2. И.С. Алиев, Кузнечно-штамповочное производство № 2, 7 (1990). 3. Л.И. Алиева, Обработка материалов давлением № 1 (42), 100 (2016). 4. Л.И. Алиева, Научно-технический прогресс в металлургии, Темиртау (2015). Физика и техника высоких давлений 2016, том 26, № 3–4 55 5. Л.И. Алиева, Е.М. Солодун, Х.В. Гончарук, А.В. Шкира, Вестник Херсонского национального технического университета № 4 (55), 82 (2015). 6. L. Aliieva, Y. Zhbankov, Metallurgical and Mining Industry № 11, 175 (2015). 7. M. Milutinovic, D. Cupkovic, D. Vilotic, T. Pepelnjak, M. Plancak, J. Technol. Plast. 31, № 1–2, 110 (2006). 8. Л.И. Алиева, Н.С. Грудкина, Вестник Донского государственного технического университета 12, № 4, 195 (2012). 9. I. Aliiev, L. Aliieva, N. Grudkina, I. Zhbankov, Metallurgical and Mining Industry 3, № 7, 17 (2011). 10. Пат. 108586 Україна, B21J 13/02. Пристрій для видавлювання порожнистих виробів з фасонною зовнішньою поверхнею, Л.І. Алієва; Бюл. № 14-2016. 11. Н.В. Биба, С.А. Стебунов, Ю.А. Гладков, П.С.Мордвинцев, КШП. ОМД № 1, 36 (2011). 12. И.П. Ренне, Теоретические основы экспериментальных методов исследования деформаций методом сеток в процессах обработки давлением, ТПИ, Тула (1979). 13. Л.И. Алиева, К.В. Гончарук, А.В. Шкира, Обработка материалов давлением № 2 (41), 35 (2015). 14. Л.И. Алиева, И.С. Алиев, П.Б. Абхари, О.В. Патык, Вісник Національного тех- нічного університету «ХПІ» № 47, 140 (2011). 15. Л.И. Алиева, Пластическая деформация металлов: коллективная монография, НМетАУ Днепропетровск (2014), с. 353–369. L.I. Aliieva COMBINED RADIAL-BACKWARD EXTRUSION OF FLANGE PARTS In this paper, methods of manufacturing hollow and rod parts with flange in combined radial-backward extrusion are considered. The results of process simulation are defined by finite element method. The estimation of billet deformation and billet strain state in combined extrusion such as parts of cup and rod with flange are determined. It is consid- ered that in combined extrusion with metal outflow in radial and backward direction, shaping of intensive plastic deformation is concentrated in outlets zones and deformed tool of transient edges. The depending on the shaping of parts that allows to predict for making parts with the necessary geometrical dimensions as graphical shapes are deter- mined. Keywords: extrusion method, parts with flange, combined radial-backward extrusion, finite element method, strain state, deformation Fig. 1. Combined radial-backward extrusion methods Fig. 2. Distribution of stress-strain state in radial-backward extrusion by finite element simulation Fig. 3. Theoretical (а) and experimental (б) results with change of dimension to deformed part http://base.uipv.org/searchINV/search.php?action=viewdetails&IdClaim=225593 http://base.uipv.org/searchINV/search.php?action=viewdetails&IdClaim=225593 Физика и техника высоких давлений 2016, том 26, № 3–4 56 Fig. 4. Meshing form and strain field in extrusion with flange as cup Fig. 5. Distribution of strain state in combined extrusion Fig. 6. The value dependence of deformed branch from the relative magnitudes of the flange thickness (а) and branch radius (б) Fig. 7. Changing the geometry of parts, solution of upper bound method (1) and finite element method (2) Fig. 8. Produced parts by radial-backward extrusion Fig. 9. Defect parts in combined extrusion

Комбинированное радиально-обратное выдавливание деталей с фланцем

Institution

Ähnliche Einträge