Исследование энергосиловых параметров процесса малоотходной безуклонной горячей объемной штамповки на основе комбинированной схемы деформации «раздача-выдавливание»

Abstract

В данной работе представлено продолжение темы по разработке технологии малоотходной безуклонной горячей объемной штамповки осесимметричных деталей, в частности воротниковых фланцев, на основе схемы деформации «раздача-выдавливание». В настоящей статье приведен вывод общего вида функции энергосиловых параметров процесса на основе предыдущих работ, заключающихся в определении граничных условий и определения кинематических характеристик операции. Исходя из условий и схемы процесса деформации, принимаем торовую систему координат. Вывод общего вида функции осуществлен по методике А.Л. Воронцова. Так как процесс осесимметричный, то рассматриваем плоское напряженное состояние очага деформации. Приведенная математическая модель разработана с целью верхней оценки усилия деформации, что связано с необходимостью проведения технологических расчетов на производстве. Также в данной работе представлено моделирование по новой схеме деформирования с целью качественной оценки пластического течения материала. По результатам моделирования подтверждена практическая применимость метода на практике, что подтверждает предыдущие предположения. Также рассмотрен график зависимости усилия штамповки от перемещения. В данном конкретном случае график имеет куполообразную форму, что обусловлено изменением площади контакта рабочего инструмента с заготовкой. С целью получения более достоверной картины процесса деформации проведен лабораторный эксперимент на базе лаборатории кафедры ПиМОМД на гидравлической установке ВЖМ-2М, материал - свинец марки С2С ГОСТ 3778-98. Гидравлическая установка ВЖМ-2М отличается удобством применения и приемлемым усилием. Данный эксперимент дал положительные результаты, подтвердив тем самым моделирование при помощи метода конечных элементов. Для полноценной проверки корректности математической модели планируется проведение неполнофакторного эксперимента. Разработан пакет конструкторской и технологической документации, на данном этапе проекта оснастка находится на изготовлении в НОЦ «Машиностроение». Также планируется освоение опытной партии фланцев на ООО «ЧТЗ-УралТрак» на типоразмере с диаметром условного прохода D50. This paper presents a continuation of the topic on the development of technology for low-waste draftless hot die forging of axisymmetric parts, particularly weld neck flanges, based on the “expansion-extrusion” strain pattern. The present article derives the general function of the process' power parameters based on previous works, dedicated to determining the boundary conditions and the kinematic characteristics of the operation. Based on the conditions and strain pattern, a torus coordinate system is accepted. The derivation of general function is carried out according to the method of A.L. Vorontsov. Since the process is axisymmetric, the plane stress state of the strain zone is considered. Presented mathematical model is designed to provide an upper estimate of the strain force, which is linked with the necessity of performing technological calculations at production site. This paper also presents a modeling according to a new strain pattern in order to qualitatively evaluate the plastic flow of the material. Based on the modeling results, the practical applicability of the method in practice is proved, which confirms the previous assumptions as well. The graphic of forging force dependence on the motion is also considered. In this particular case, the graphic has a dome shape due to a change in the contact area of the working tool with the work piece. In order to obtain a more accurate picture of the strain process, a laboratory experiment has been carried out on the basis of the laboratory of the Machines and Processes of Pressure Metal Working Department using the hydraulic unit VZHM-2M (ВЖМ-2М), lead material grade S2C GOST 3778-98. The hydraulic unit VZHM-2M is characterized by the convenient implementation and reasonable force. This experiment gave positive results, thereby confirming the modeling with the use of the finite element method. In order to completely verify the correctness of the mathematical model, a non-full factorial experiment is planned. A package of design and technological documentation is developed, at the current project stage the equipment is being manufactured at the “REC Mashinostroyeniye”. Development of an experimental batch of flanges at the LLC “Chelyabinsk Tractor Plant (ChTZ) - UralTruck” on a dimension type with a nominal diameter D50 is also planned.