Уважаемые читатели!
Представительство всемирно известного разработчика программного обеспечения для компьютерного моделирования ESI Group (Франция) предлагает Вашему вниманию комплекс статей, которым и продолжает рубрику, открытую на страницах журнала «Металлург» нашим партнером в России - Группой компаний «ПЛМ Урал» - «Делкам-Урал».
Серия статей будет посвящена математическому моделированию технологических процессов в условиях современных промышленных предприятий.
В этих статьях мы рассмотрим примеры применения программных продуктов ESI Group для решения промышленных задач в области листовой штамповки, включая эластоформование и сверхпластичную деформацию; процессов литья, сварки и термической обработки металлов.
Мы надеемся, что приведенный в статьях материал позволит раскрыть потенциал математического моделирования для решения прикладных промышленных задач и покажет на практических примерах, что данные программные продукты являются эффективным инструментом сокращения временных и финансовых затрат при производстве продукции.
УДК 621.7.04
ФОРМОВКА ДЕТАЛЕЙ ТИПА «ТРОЙНИК» С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОВМЕЩЕННОГО ПРОЦЕССА ПНЕВМОТЕРМИЧЕСКОЙ ФОРМОВКИ В РЕЖИМЕ СВЕРХПЛАСТИЧНОСТИ И ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ
© Чеславская Агния Альбертовна; Мироненко Владимир Витальевич; Берсенев Семен Александрович
ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный технический университет». Россия, г. Иркутск. Котов Вячеслав Валерьевич, канд. техн. наук
Исполнительный директор Представительства компании ESI Group в Российской Федерации,
ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина». Россия, г. Екатеринбург. E-mail: viacheslav.kotov@esi-group.com
Статья получена 03.12.2012 г.
Описан альтернативный метод изготовления детали типа «тройник». Приведены основные этапы совмещённого процесса пневмо-термической формовки в режиме сверхпластичности с применением диффузионной сварки. Смоделирован процесс пневмотермиче-ской формовки в режиме сверхпластичности, следующий после диффузионной сварки детали типа «тройник» и показаны результаты расчета.
Ключевые слова: пневмотермическая формовка листовых деталей; эффект сверхпластичности; трубные детали из листов.
В трубопроводных системах самолета для разд еления потоков газа или жидкости на два или соединения их в один широко распространены детали типа «тройник» (рис. 1).
Для изготовления такой детали необходимо разделение трубы с отбортовками на две симметричные половины, формообразование которых осуществляется на падающих молотах или в жестких штампах с последующей сваркой. Такой традиционный технологический процесс изготовления деталей типа «тройник» имеет ряд существенных недостатков:
- повышенный расход материала на технологические припуски;
- большая трудоемкость доводочных работ как при штамповке частей трубы с отбортовками,
£ так и при их сварке;
< - использование нескольких типов оборудо-
г вания.
В представленной работе рассмотрен альтернативный способ изготовления деталей такого типа, позволяющий решить эти проблемы, - совмещенный процесс пневмотермической формовки в режиме сверхпластичности с применением диффузионной сварки. Деталь изготавливается из двух листов, как и в традиционном варианте, но в этом способе используется диффузионная сварка, а для получения требуемой формы - формовка в режиме сверхпластичности.
Предварительно на подготовленные заготовки по трафарету наносится антисварочное покрытие на места, не подлежащие сварке, т.е. места будущего канала «тройника». Затем сложенный пакет заготовок помещают в разогретую оснастку для диффузионной сварки и сверхпластичного формования; создается давление и выдерживается необходимое для сварки время.
Рис.
После завершения сварки оснастку вместе с пакетом заготовок дополнительно нагревают до температуры сверхпластичности, и в образовавшейся полости создается давление, необходимое для обеспечения пневмотермиче-ской формовки в состоянии сверхпластичности.
Для этого необходимо создание определенных температурных условий, зависящих от материала детали и давления, изменяющегося по ходу процесса для обеспечения постоянства скорости деформации. Необходимые параметры и характер их изменения по ходу процесса определяются в результате математического моделирования.
В качестве примера рассмотрен процесс математического моделирования изготовления детали данного типа из двух листов титанового сплава ВТ20 толщиной 3 мм. Диаметры трубных частей детали (см. рис. 1) для моделирования составляют: центральный - 30 мм, правого отвода - 26 мм, левого отвода - 28 мм.
На две заготовки наносится антисварочное покрытие (рис. 2, показано красным цветом).
Далее заготовки складываются поверхностями с антисварочным покрытием друг к другу и свариваются по торцам электродуговой сваркой. Затем пакет помещают в оснастку в прессе для пневмотермической формовки в режиме сверхпластичности, где и происходит диффузионная сварка в зонах без покрытия при температуре 910°С и давлении сжатия 10 атм (см. рис. 2, зона диффузионной сварки показана голубым цветом).
Для определения параметров последующей формовки в режиме сверхпластичности процесс смоделирован в программном комплексе PAM-STAMP 2G французской фирмы ESI Group. При моделировании использовали упрощенную модель поведения материала в режиме сверхпластичности*
а = K гт,
где K - коэффициент пропорциональности; г -скорость деформации; т - модуль скоростного упрочнения; а - напряжение.
Для задания модели материала ВТ20 в программном комплексе использовали следующие параметры:
- модуль Юнга - 112 ГПа;
- коэффициент Пуассона - 0,333;
1. Деталь типа Рис. 2. Область нанесения антисварочного
«тройник» покрытия
0
500
1000
1500 Время, с
2000
2500
3000
Рис. 3. График зависимости давления от времени, полученный по результатам моделирования
- плотность - 4,5-10-6 кг/мм3;
- коэффициент пропорциональности -0,597488 ГПа;
- скорость деформации - 0,0016**;
- модуль скоростного упрочнения - 0,42**.
Формообразование производится только за
счет утонения заготовки. Поведение материала в области перехода от места, где прошла диффузионная сварка, к месту с антисварочным покрытием, учтено путем сшивки узлов элементов в этой области. Поведение торцевых частей заготовки, где будет происходить формообразование, учтено в модели запретом движения торцов по нормали к направлению торцов.
В результате моделирования процесса формовки исследуемой детали был получен график зависимости давления от времени, обеспечивающей постоянство скорости деформации при максимальном давлении 25 МПа и времени формовки - 2818 с (рис. 3).
В результате моделирования процесса формовки видно, что оба листа формуются симметрично, и за одну операцию получается цельная деталь (рис. 4).
После обрезки припусков получается готовая цельная деталь, которая максимально повторяет геометрию оснастки, т.е. не требуется доводка детали как после формовки, так и после сварки.
*Чумаченко Е.Н., Смирнов О.М., Цепин М.А. Сверхпластичность: материалы, теория, технологии. М.: Ком Книга, 2005. 320 с.
"Смирнов О.М. Обработка металлов давлением в состоянии сверхпластичности. М.: Машиностроение, 1979. 184 с.
Время - 0 с; толщина: максимальная - 6 мм; минимальная - 3 мм
Время - 200 с; толщина: максимальная - 5,99 мм; минимальная - 2,65 мм
Время - 550 с; толщина: максимальная - 5,99 мм; Время - 1000 с; толщина: максимальная - 6 мм; минимальная - 1,93 мм минимальная - 1,18 мм
Время -
1550 с; толщина: максимальная -минимальная - 0,77 мм
Рис. 4. Последовательность формообразования
Толщина: максимальная - 3,54 мм; минимальная - 0,44 мм Рис. 5. Распределение толщин на детали
На рис. 5 показано р аспр ед еление толщин на детали, получившейся в результате моделирования.
Моделирование процесса формовки показало, что благодаря использованию совмещенного процесса пневмотерми-ческой формовки в режиме сверхпластичности с применением диффузионной сварки можно избежать ряда проблем при изготовлении детали «тройник», таких как:
• большое число доводочных работ. При использовании рассматриваемого метода деталь получается заданных размеров, без поводок, связанных с электродуговой сваркой и формовкой частей трубы с отбор-товками;
• при пневмотермической формовке в режиме сверхпластичности пружинение не проявляется;
• использование нескольких типов оборудования. В данном случае все операции по диффузионной сварке и пневмотермической формовке в режиме сверхпластичности проводятся на одном оборудовании.
5,99 мм; Время - 2818 с; толщина: максимальная - 5,99 мм;
минимальная - 0,44 мм
FORMING OF "TEE"-PARTS USING COMBINED PROCESS OF PNEUMATIC-THERMAL FORMING BY MODE OF SUPER-PLASTICITY AND DIFFUSION WELDING
S ©Cheslavskaya A.A.; Mironenko V.V.; Bersenev S.A.; Kotov V.V., PhD
IN
¡7 The alternative method of manufacturing of a detail of type the tee-joint is presented. The basic stages of the combined
process pneumothermal forming in a regime of superplasticity with diffusion welding application are presented. Process pneumothermal forming in a superplasticity regime following after diffusion welding of a detail of type the tee-joint is
S simulated and results of calculation are shown.
k Keywords: pneumothermal forming sheet details; effect of superplasticity; trumpet details from sheets.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.