Bibliography (transliterated): 1. B.L. Bespalov Tekhnologiya mashinostroyeniya. Moscow: Mashinostroyeniye 1973 god 447s. 2. Boykov P.I. Progressivnyye metody v mashinostroyenii. Minsk : Nauka i tekhnika 1978. 352 s. 3. Suchkov A.E. Ekonomiya metalla v mashinostroyenii pri obrabotke davleniyema.e.suchkov. - Minsk: Nauka i tekhnika, 1971. - 128 p. 4. Shtampovka pokovok s napravlennym voloknistym stroyeniyem O.A. Bannykh, V.Yu. Lavrinenko, Ye.I. Semenov i dr. Vestnik mashinost-royeniya. 2000. No 10. 200 s. 5. Ruget G. Z'evomtion du procede RR de fibrage integral dec vilebre-quins Atti. 5 Conv. int. fucinal, Terni, 1970, 503-520, 563-583. 6. Die forget crankshaft production method applied to large products. Zosen, 1970, 15, 7, 36-37 p. 7. Opisaniye izobreteniya No 583866 «Sposob izgotovleniya detaley tipa kolenchatykh valov» A. E. Dammer, G. P. Gusikhin, V. G. Kononov, 1978. УДК 621.983 В. Л. КАЛЮЖНИЙ, докт. тех. наук, проф., НТУУ «КП1»; I. П. КУЛ1КОВ, мапстрант, НТУУ «КП1»; Я. С. ОЛЕКСАНДРЕНКО, шженер, НТУУ «КП1», Кшв По^упша (received) 24.10.2014 ФОРМА ТА РОЗМ1РИ, НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНИЙ СТАН ЗДЕФОРМОВАНИХ ЗАГОТОВОК ПРИ ХОЛОДН1Й В1ДКРИТ1Й РОЗДАЧ1 ТРУБЧАСТИХ ЗАГОТОВОК З Р1ЗНОЮ В1ДНОСНОЮ ТОВЩИНОЮ Приведет результати розрахунюв методом сюнченних елемештв холодно! вщкритш роздач1 конусним пуансоном трубчастих заготовок з р1зною вщносною товщиною з нержав1ючо! стшп. Отримаш залежност зусилля роздач1 вщ перемщення пуансону до моменту втрати стшкост стшки цил1ндрично! частини заготовки. Встановлеш форма i розм1ри здеформованих частин заготовок та розподши компонент напружено-деформованого стану в них. Розрахований ступшь використання ресурсу пластичност здеформованого металу. Виявлений розподiл нормальних напружень на поверхш пуансону, яка контактуе з заготовкою. Моделюванням отримаш вс необхщш данi для проектування технологи холодно! роздачi Ключов1 слова: вiдкрита роздача, трубчаста заготовка, вщносна товщина заготовки, конусний пуансон, метод скшченних елеменпв, зусилля роздачi, напружено-деформований стан заготовок, коефщент роздачi. Вступ. Холодна вщкрита та закрита роздача конусним пуансоном застосовуеться для отримання виробiв з порожнистих заготовок. Сутнiсть цiеl операцп полягае в збiльшеннi поперечних розмiрiв указаних заготовок за рахунок зменшення li товщини. Вихiднi заготовки для роздачi можуть бути отриманi вiдрiзанням з труб, витягуванням з листових заготовок, гнуттям листових полос з подальшим зварюванням. В джерелi [1] приведет експериментальш данi по впливу вцшалу та вiдносноl товщини заготовки l = S o (S o - товщина стiнки вихщно! заготовки, D o - зовнiшнiй дiаметр заготовки) на коефiцiент вiдкритоl роздачi к р = D^l D o (D x - найбiльший дiаметр здеформовано1 частини заготовки) трубчастих заготовок iз сталi 10 та В. Л. Калюжний, I. П. Кулшов, Я. С. Олександренко, 2014 62
алюмшпо, а також вплив вщюсно1 товщини на коефщдент вщкрито1 роздачi конусним пуансоном заготовок iз сталi 15. Наближенi данi по визначенню критичного коефшденту роздачi з точки зору втрати стшкосп стшки заготовки при роздачi викладенi в роботах [2, 3]. Експериментальн значення граничних коефщенпв роздачi для алюмтевих сплавiв, нержавшчо1 та середньо вуглецево1 сталi i титану приведенi в джерелi [4]. В останнiх дослщженнях [5, 6] вiдповiдно викладенi результати по впливу кута конусу пуансону на силовi режими, форму та розмiри здеформованих заготовок i напружено-деформований стан в них при роздачi трубчастих заготовок iз нержавшчо1 сталi та наведенi результати по збглыпенню коефiцiенту роздачi завдяки використанню пуансону спещального профiлю. Однак, актуальними залишаються задачi встановлення впливу ВЦШОСНО! товщини заготовки при вщкритш роздачi на силовi режими формоутворення, форму та розмiри виробiв, напружено-деформований стан заготовок та ступшь використання ресурсу пластичност здеформованого металу. Вказанi задачi можна успiшно вирiшити шляхом створення математичних моделей та проведення розрахункового аналiзу з використанням методу скшченних елеменпв (МСЕ) [7, 8]. Мета роботи. Постановка задачь Метою роботи е встановлення впливу ВЦШОСНО! товщини заготовки на сшкж режими формоутворення, форму i розмiри здеформованих заготовок та напружено деформований стан в них. Розрахунковий аналiз проводили з використанням пакту програм DEFORM. Метал вважався жорстко-пластичним зi змщненням, а деформуючий шструмент абсолютно жорстким. Вiдкритiй роздачi конусним пуансоном з кутом при вершит а =50 тдлягали трубчаст заготовки iз нержавшчо1 сталi з внутршппм дiаметром 35 мм та товщиною стшки S o =1; 1,5; 2; 2,5; 3; 3,5 та 4 мм. При цьому величини вцшосних товщин вцшовщно приблизно склали 0,03; 0,04; 0,05; 0,06; 0,07; 0,08 та 0,09. Коефщдент тертя на контактуючих поверхнях прийнятий //=0,08. Процес формоутворення розподглявся на певну кшькють кроюв навантаження до початку втрати стшкосп стшки заготовки. Втрата стшкост починалася, коли по всш довжинi цилiндричноl частини заготовки штенсивнють напружень досягала умовно1 межi текучосп ст 0 2 матерiалу заготовок Результати дослщжень. На рис. 1 приведенi залежносп зусилля роздачi вiд перемiщення пуансону до моменту втрати стшкосп стшок заготовок при формоутвореннi трубчастих заготовок з вказаною вiдносною товщиною. Чим бглыпа вiдносна товщина, тим бшьше зусилля роздачi. Збiльшення вiдносноl товщини з S o l D o =0,03 до 0,07 приводить до зростання перемпцення пуансону 63
BicHUK НТУ «ХПЬУ. 2014. No 44 (1087) до моменту втрати стшкосп стшки заготовки. Подальше збшынення величини S o практично не впливае на максимальне перемщення пуансону, при якому стшка заготовки втрачае стшкють. Загальн вигляди вироб1в в розр1з1, як отриман ±з заготовок з р1зною величиною S o зображен на рис. 2. Розподгли нормальних напружень на поверхн пуансону, яка контактуе з заготовкою, при максимальному зусилп роздач1 приведен на рис. 3. Найбшыш значення цих напружень виникають на початку мюця контакту пуансону ±з здеформованою заготовкою. Початок мюця контакту при роздач1 заготовок з S o =0,03 виникае на рад1ус1 пуансону 18,5 мм з подальшим збгльшенням до величини рад1усу 19,8 мм для S o /D o =0,09. Дал1 величини нормальних напружень зменшуеться при збшынення величини рад1усу пуансону. 200 180 160 5 140 120 'i СО О о СП 100 80 60 40 20 0 \ О So/Do=0, 03 > So/Do=0, 04 So/Do=0, / 05 У А 5 Y г гуг> ш 0 5 10 15 20 25 Перемщення пуансону, мм Рис. 1 - Залежнють зусилля вщ перемщення пуансону при роздачх заготовок з рхзною вщносною товщиною S o So/ Do = 0, 0 3 So/ Do = 0,06 S o =0,09 Рис. 2 - Загальш вигляди виробхв в розрхзх, якх отримаш хз трубчастих заготовок з рхзною вщносною товщиною So / Do На рис. 4 показан форма та розм1ри в мшметрах здеформованих частин заготовок, як отриман роздачею трубчастих заготовок з р1зною вщносною товщиною. Тонкими линями наведений деформуючий пуансон. Для розглянутих значень S o вщбуваеться потовщення стшки в мющ переходу здеформовано! частини в цилшдричну частину трубчасто! заготовки. При збшьшенн величини S o величина потовщення зростае Пюля роздач1 заготовки з S o =0,03 товщина з 1 мм зростае до 1,03 мм, а тсля роздач1 заготовки S o =0,09 товщина збшьшуеться з 4 мм до 4,1 мм. При роздач1 мае мюце потоншення здеформованих частин заготовок, причому штенсивнють 64
BicnuK НТУ «ХПЬУ. 2014. No 44 (1087) потоншення збшьшуеться при зростанн S O / D O. Товщина торщв стшок тсля роздач1 для вцщосних товщин S O / D O =0,03; 0,06 та 0,09 вщповгдно зменшилася з 1 до 0,78 мм, з 2,5 до 1,94 мм та з 4 до 3,1 мм. 1000 820 640 X о 460 280 100 18 21 24 27 Рад1ус пуансону, мм Рис. 3 - Розподши нормальних напружень на поверхш пуансону при р1зних величинах So/ Do o S / Do So/ Do So/ Do So/ Do So/ Do = So/ Do = =0,04 =0,05 =0,06 =0,07 0,08 0,09 Рис. 4 - Форма та розмхри в мшметрах здеформованих частин заготовок, яю отримаш роздачею трубчастих заготовок з р1зною вщносною товщиною S O / D O Розподши рад1альних a r, осьових a z, тангенщйних GQ та штенсивност1 <7j напружень в здеформованих частинах заготовок при роздач1 заготовок з вцщосною товщиною S O / D O =0,03, 0,06 та 0,09 приведет на рис. 5. Стискаюч1 рад1альн1 напруження величиною G r =-25^-88 МПа виникають практично по 65
всш довжин здеформовано! частини заготовки для вказаних величин S o. На початку переходу конусно! частини в цилшдричну мае мюце зона, в якш виникають рад1альн1 напруження величиною G R =-280^-340 МПа, причому з1 зростанням величини S o вказана зона збшьшуеться по ширин стшки. В мющ переходу конусно! частини заготовки в цилшдричну виникають розтягувальш рад1альн1 напруження величиною G R =37-100 МПа. При роздач1 стискаюч1 осьов1 напруження величиною G Z =-340^-400 МПа виникають в цилшдричнш частин1 заготовки та в мющ переходу цилшдрично! частини в конусну. При цьому, на внутршшх шарах металу ст1нки в мющ переходу та зовшшшх шарах металу стшки на початку конусно! частини заготовки виникають зони з розтягувальними осьовими напруженнями величиною G Z =37-100 МПа. По довжшп конусно! частини осьов1 напруження зменшуються по абсолютнш величин! до торця конусно! частини. =0,03 =0,06 0,09 =0,03 =0,06 0,09 16 23 22 25 22 28 23.5 22 2! 22 28 V Do So/ Do So/ Do = o S / Do So/ Do = So/ Do = =0,03 =0,06 0,09 =0,03 0,06 0,09 Рис. 5. Розподши радхальних G R, осьових G Z, тангенщ'йних GQ та штенсивностл Gj напружень в здеформованих частинах заготовок при роздачх заготовок з рхзною вщносною товщиною S o 66
Найбшыш розтягувальн тангенщйш напруження величиною GQ =860-1000 МПа зосереджеш в област торця стшки конусно! частини з подальшим зменшенням по довжин до мюця переходу конусно! частини в цилшдричну для р1зних значень вцшосних товщин S o. Розподши та величини значень штенсивност! напружень Gj також не залежать вгд вщюсно! товщини заготовки. На третин довжини стшки конусно! частини заготовки штенсивнють напружень досягае величин в межах Gj =880-1000 МПа з подальшим зменшенням до значень Gj =380-500 в мющ переходу конусно! частини в цилшдричну частину заготовки. Величина штенсивносп напружень дозволяе прогнозувати напруження текучост в здеформованому метал!. Розподши рад1альних s r, осьових s z, тангенщйних SQ та штенсивност! Sj деформащй в здеформованих частинах заготовок пюля роздач! трубчастих заготовок з в1дносною товщиною S o =0,03, 0,06 та 0,09 приведен! на рис. 6. Вигляд розпод!л!в та величини компонент деформац!й практично однаков! для вс!х розглянутих значень S o. Стискаюч! рад!альн! деформац!! величиною s r =-0,24-^-0,3 виникають в област! торця стшки кошчно! частини з подальшим зменшенням до нульових значень в м!сц! переходу конусно! частини в цилшдричну заготовки. Аналопчний вигляд мае розподш осьових деформац1й s z. В област! торця стшки величина s z =-0,15-0,2. По всш довжин! конусно! частини виникають розтягувальн! тангенц1йн1 деформащ! SQ. В м1сц1 переходу цил!ндрично! частини в конусну величини таких деформац!й знаходяться в межах SQ =0,038-0,11 з подальшим збшьшенням до значень SQ =0,31-0,38 в област! торця ст!нки конусно! частини здеформовано! заготовки. Аналог!чний розподш мае штенсивнють деформащй Sj з незначною р1зницею в значеннях. В мющ переходу конусно! частини в цилшдричну отримано област! торця заготовки - Sj =0,44-0,5. Sj =0,063-0,13, а в Розподши ступеню використання ресурсу пластичност! ц/ в здеформованих частинах заготовок п!сля роздач! трубчастих заготовок з вщюсною товщиною l =0,03; 0,06 та 0,09 зображеш на рис. 7. Найбшь1ш значення ц =0,83-0,95 в здеформованому метал! виникають в област! торця ст!нки конусно! частини заготовки. При цьому, розм!р вказано! област! зменшуеться з! зб!льшенням величини S o. По розпод!лу ц можна зробити висновок, що для вказаного матер!алу трубчастих заготовок застосування закрито! роздач! для зб!льшення коеф!ц!ента роздач! не приведе до бажаного результату без проведення попереднього в!дпалу вих!дних заготовок. 67
So/ Do =0,03 o S / Do =0,06 o S / Do =0,09 So/ Do =0,03 So/ Do =0,06 So/ Do =0,09 S So/ Do So/ Do o / S Do o / Do So / D S o o / Do =0,03 =0,06 0,09 =0,03 =0,06 0,09 Рис. 6 - Розподши рад1альних S R, осьових S Z, тангенцшних SQ та штенсивностл Sj деформащй в здеформованих частинах заготовок при роздач! заготовок з р1зною вщносною товщиною S o S o =0,03 So/Do =0,06 So/ Do =0,09 Рис. 7 - Розпод!ли ступеню використання ресурсу пластичност! ц в здеформованих частинах заготовок п!сля роздач! трубчастих заготовок з р!зною величиною S o /D o 68
Таким чином, проведений розрахунковий анал!з дозволив встановити вс! необх!дн! дан! для проектування технолог!! холодно! роздач! трубчастих заготовок: зусилля та роботу деформац!! для вибору ковальсько-пресового обладнання; розпод!л питомих зусиль на пуансон! - для проектування штампового оснащення; форму та розм!ри здеформованих заготовок - для оц!нки якост! вироб!в. Висновки. Методом скшченних елемент!в проведений розрахунковий анал!з в!дкрито! роздач! конусним пуансоном трубчастих заготовок з р!зною в!дносною товщиною з нержав!ючо! стал!. Встановлен! залежност! зусилля роздач! в!д перем!щення пуансону, розпод!ли нормальних напружень на поверхн! пуансону, яка контактуе з заготовкою, форма та розм!ри здеформованих заготовок, напружено-деформований стан в них та ступ!нь використання ресурсу пластичност! здеформованого металу. Отримаш вс! необх!дн! дан! для проектування технолог!! холодно! роздач! трубчастих заготовок з нержав!ючо! стал!. Список л1тератури: 1. Романовтш B. П. Справочник по холодной штамповке. 6-е изд., перераб. и доп. / B. П. PoMOHoecKUU. - Ленингр. отд-ние: Машиностроение. 1979. - 520 с. 2. Аверкиев Ю. А. Холодная штамповка / Ю. А. Авертев. Издательство Ростовского университета, 1984. - 288 с. 3. Аверкмев Ю. А. Технология холодной штамповки / Ю. А. Аверкшв., А. Ю. Аверкшв. - М: Машиностроение, 1989. - 304 с. 4. Ковка и штамповка: Справочник: В 4 т. Т. 4. Листовая штамповка / Под ред.. А.Д. Матвеева; Ред. совет: Е.И. Семенов (пред.) и др. - М.: Машиностроение, 1985-1987. - 544 с. 5. Калюжнш B.JI. Вплив кута конусу пуансону на силов! режими! як!сть вироб!в при роздач! трубчастих заготовок!з стал! 12Х18Н10Т / В.Л. Калюжний, В.В. П!манов, Я.С. Олександренко // Вюник НТУ «ХП1». - 2013. - 43. - С. 120-126. 6. Калюжнuй O.B. штенсифгкащ'я холодно! роздач! трубчастих заготовок кон!чним пуансоном / О.В. Калюжний // Вюник НТУ «ХП1», Сер!я «Нов! р!шення в сучасних технолог!ях». - 2013. - 43. - С. 84-90. 7. Калюжнuй O.B. Холодне штампування виробу з двома фланцями!з листово! заготовки шляхом використання операцй витягування, роздач!! витягування / О.В. Калюжний // Зб!рник наукових праць (галузеве машинобудування, буд!вництво), Полтава. НТУ, Вип. 2(37), 2013. - С. 105-109. 8. Калюжнuй B.JI. Двохстороння роздача трубчасто! заготовки з подальшим утворенням плоского фланця // В.Л. Калюжний, В.В., П!манов, Я.С. Олександренко / Пластическая деформация металлов: Коллективная монография. Днепропетровск: Акцент ПП, 2014. - 370 с. Bibliography (transliterated): 1. Romanovskiy V. P. Spravochnik po holodnoy shtampovke. 6-e izd., pererab. i dop. V. P. Romanovskiy. - Leningr. otd-nie: Mashinostroenie. 1979. - 520 р. 2. Averkiev Yu. A. Holodnaya shtampovka Yu. A. Averkiev. Izdatelstvo Rostovskogo universiteta, 1984. - 288 р. 3. Averkiev Yu. A. Tehnologiya holodnoy shtampovki Yu. A. Averkiev., A. Yu. Averkiev. - Moscow: Mashinostroenie, 1989. - 304 p. 4. Kovka i shtampovka: Spravochnik: V 4 t. T. 4. Listovaya shtampovka Pod red.. A.D. Matveeva; Red. sovet: E.I. Semenov (pred.) i dr. - M.: Mashinostroenie, 1985-1987. - 544 p. 5. Kalyuzhniy V.L. Vpliv kuta konusu puansonu na silovi rezhimi I yakist virobiv pri rozdachi trubchastih zagotovok Iz stali 12H18N10T V.L. Kalyuzhniy, V.V. Pimanov, Ya.S. Oleksandrenko VIsnik NTU «HPI». - 2013. - No 43. - P. 120-126. 6. Kalyuzhniy O.V. IntensifIkatsIya holodnoyi rozdachi trubchastih zagotovok konichnim puansonom O.V. Kalyuzhniy VIsnik NTU «HPI», SerIya «NovI rishennya v suchasnih tehnologiyah». - 2013. - No43. - Р. 84-90. 7. Kalyuzhniy O.V. Holodne shtampuvannya virobu z dvoma flantsyami Iz listovoyi zagotovki shlyahom vikoristannya operatsiy vityaguvannya, rozdachi i vityaguvannya O.V. Kalyuzhniy ZbIrnik naukovih prats (galuzeve mashinobuduvannya, budivnitstvo), Poltava. NTU, Vip. 2(37), 2013. - P. 105-109. 8. Kalyuzhniy V.L. Dvohstoronnya rozdacha trubchastoyi 69
zagotovki z podalshim utvorennyam ploskogo flantsya V.L. Kalyuzhniy, V.V. PImanov, Ya.S. Oleksandrenko Plasticheskaya deformatsiya metallov: Kollektivnaya monografiya. Dnepropetrovsk: Aktsent PP, 2014. - 370 p. УДК 621.983 Надтшла (received) 28.10.2014 О. В. КАЛЮЖНИЙ, канд. техн. наук, доц., НТУУ «КП1», Ки!в НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНИЙ СТАН ЗАГОТОВОК ПРИ РОЗДАЧ1 ТРУБЧАСТИХ ЗАГОТОВОК ТРАДИЦ1ЙНИМ КОНУСНИМ ПУАНСОНОМ ТА ПУАНСОНОМ СПЕЦ1АЛЬНОГО ПРОФ1ЛЮ Приведен! результати розрахунк!в методом ск!нченних елемент!в в!дкрито! та закрито! роздач! трубчастих заготовок з нержав!ючо! стал! традиц!йним конусним пуансоном! пуансоном спец!ального проф!лю. Деформуюча поверхня пуансону спец!ального проф!лю утворена перетином к!л пост!йного д!аметру, центри яких розташован! з в!дпов!дним кроком п!д кутом до в!с! пуансону. Використання такого пуансону забезпечуе зниження впливу сил тертя при роздач! та збшьшення коеф!ц!енту роздач!. Виконане пор!вняння силових режим!в та напружено-деформованого стану заготовок при в!дкрит!й роздач! традиц!йним конусним пуансоном та пуансоном спец!ального проф!лю. Проведен! експериментальн! досл!дження п!дтвердили результати розрахунк!в. Ключов1 слова: в!дкрита та закрита роздача, трубчаста заготовка, конусний пуансон! пуансон спец!ального проф!лю, метод ск!нченних елемент!в, зусилля роздач!, напруженодеформований стан заготовок, коеф!ц!ент роздач!. Вступ. Холодна в!дкрита та закрита роздача трубчастих заготовок використовуеться для виготовлення перех!дник!в для трубопровод!в р!зно! конф!гурац!!, трубчастих заготовок з одним та двома фланцями. Причому, фланц! можуть бути перпендикулярн! до в!с! заготовки та розташован! п!д певним кутом. Технолог!я роздач! та штампове оснащення в основному розробляються на баз! виробничого досв!ду та експериментальних даних [1-4]. Сучасне виробництво деталей методами холодно! роздач! ставить задач! зниження соб!вартост! виготовлення вироб!в, що робить продукц!ю конкурентоспроможною. На формоутворення при роздач! та коеф!ц!ент роздач! kp = Dj (Di - найб!льший д!аметр здеформовано! частини заготовки, D o - зовн!шн!й д!аметр вих!дно! трубчасто! заготовки) впливають в!дносна товщина заготовки l = S o (S o - товщина вих!дно! заготовки) та кут конусу пуансону а. В джерел! [5] з використанням методу скшченних елемент!в (МСЕ) вивчено вплив кута а конусу пуансону на силов! режими роздач!, формозмшу металу, напружено-деформований стан заготовок та ступ!нь використання ресурсу пластичност! здеформованого металу. Одним!з метод!в!нтенсиф!кац!! холодно! роздач! е використання пуансону спец!ального проф!лю, деформуюча 70 О. В. Калюжний, 2014