УДК 621.7.04
УПРАВЛЕНИЕ РАЗНОТОЛЩИННОСТЬЮ ПРИ ПНЕВМОТЕРМИЧЕСКОЙ ФОРМОВКЕ В РЕЖИМЕ СВЕРХПЛАСТИЧНОСТИ
© Осипов Сергей Александрович; Мироненко Владимир Витальевич; Максименко Никита Владимирович
ГОУ ВПО «Иркутский государственный технический университет». Россия, г. Иркутск. E-mail: osipov_sa@istu.edu Котов Вячеслав Валерьевич, канд. техн. наук
Представительство компании ESI Group в РФ, исполнительный директор
ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина». Россия, г. Екатеринбург Статья поступила 22.01.2013 г.
Приведены результаты моделирования по методам управления разнотолщиностью при пневмотермической формовке в режиме сверхпластичности. Даны рекомендации по использованию каждого из методов и на примере детали из титанового сплава ВТ-20 показаны распределения толщин на детали для каждого способа.
Ключевые слова: пневмотермическая формовка листовых деталей; эффект сверхпластичности; управление разнотолщиностью.
При пневмотермической формовке в режиме сверхпластичности весьма актуальным является управление изменением толщины по площади детали. В отдельных случаях существует ограничение на уменьшение толщины в ответственных зонах поверхности детали. В результате моделирования разных вариантов процесса пневмотермической формовки в режиме сверхпластичности показана возможность управления изменением толщины по площади детали.
Анализ разных способов проводили на примере формообразования детали типа «днище» толщиной 1 мм с тремя элементами конструкции типа «бобышка» на дне детали (рис. 1).
При моделировании использовалась упрощенная модель поведения материала в режиме сверхпластичности [1]
а = K гт,
где K - коэффициент пропорциональности; г -скорость деформации; т - модуль скоростного упрочнения; а - напряжение.
В качестве программного комплекса для моделирования процесса пневмотермической фор-¡2 мовки в режиме сверхпластичности использован ™ комплекс PAM-STAMP 2G французской фирмы ™ ESI Group. Для анализа формовки детали типа «днище» был выбран сплав ВТ20 со следующими £ параметрами: 5 - модуль Юнга - 112 ГПа;
- коэффициент Пуассона - 0,333;
- плотность - 4,5-10 6 кг/мм3;
- коэффициент пропорциональности -0,597488 ГПа;
- скорость деформации - 0,0016 с-1 [2];
- модуль скоростного упрочнения - 0,42 [2].
Формообразование во всех способах ведется
только за счет утонения заготовки.
Первый способ - «формовка». В этом случае давление подается на заготовку сверху, а внизу находится матрица, соответствующая контуру детали (рис. 2, а). В процессе формообразования деталь деформируется и принимает форму матрицы. Это классический способ получения деталей пневмотермической формовкой в режиме сверхпластичности (рис. 2, б, в).
В результате моделирования процесса «формовка» получено распределение толщины. Наибольшую толщину (1 мм) имеет фланец детали, а наименьшую (0,55 мм) - углы у дна и бобышки, так как они формуются в конце процесса (рис. 3).
Второй способ пневмотермической формовки в режиме сверхпластичности - формообразование деталей способом обжима. Суть данного метода заключается в том, что матрица соответствует контуру перевернутой детали. В остальном данный способ аналогичен «формовке» (рис. 4). Деталь деформируется так, что в первую очередь формуется ее дно. Этот способ используют в тех случаях, когда нужно получить максимальную толщину дна, а фланца - минимальную.
Рис. 1. Деталь типа «днище»
Давление
Давление
Заготовка
Давление
Заготовка
Рис. 2. Схема формообразования способом пневмотермической формовки («формовка»)
Рис. 3. Распределение толщины при формообразовании способом пневмотермической формовки («формовка»)
В результате моделирования процесса формообразования по схеме «обжим» наибольшую толщину (0,92 мм) имеет дно детали, а наименьшую
Давление
Заготовка
1 I 1 ь
Матрица Площадь детали
Давление Заготовка
Матрица
Площадь детали Давление Заготовка
Площадь детали
Давление
Площадь детали
Рис. 4. Схема формообразования «обжим»
Рис. 5. Распределение толщины по схеме формообразования «обжим»
(0,18 мм) - фланцы (рис. 5). В этой схеме дно детали соприкасается с матрицей раньше, поэтому его толщина меняется менее интенсивно (за счет действия сил трения), чем в местах, где заготовка формуется свободно.
Третий способ основан на том же эффекте, что и «обжим», только в данном случае это достигается не формой оснастки, а движущимся элементом, который всегда находится в контакте с заготовкой (рис. 6). Этот способ используется в случаях, когда на определенной площади стенок детали необходимо получить большую толщину.
а
б
в
Давление
Заготовка
Заготовка
Матрица
Давление
Рис. 6. Схема формообразования «формовка контактной площадью»
Рис. 7. Распределение толщины по схеме формообразования «формовка контактной площадью»:
толщина максимальная - 1 мм; минимальная - 0,45 мм
Первый шаг (давление действует) Матрица
4=4
нШНННННННН!
Заготовка
Точка подачи давления
Пуансон
Второй шаг (давление не действует) Матрица
1 Вектор движения пуансона
Вектор движения пуансона
Пуансон Матрица
Вектор движения пуансона
Пуансон
Рис. 8. Схема формообразования «комбинированная за два шага»
Рис. 9. Сравнение распределения толщины детали по схемам формообразования «комбинированная за два шага» (а) и «формовка» (б): а - толщина максимальная - 1 мм; минимальная - 0,65 мм; б - толщина максимальная - 1 мм; минимальная - 0,55 мм
г
Ь
е
б
а
В результате моделирования процесса по схеме «формовка контактной площадью» видно, что толщина в области контакта с движущимся элементом равна исходной толщине заготовки, одинакова по всей площади контакта и ограничена площадью этого элемента (рис. 7). Преимущество данного способа состоит в том, что можно задавать зоны с различной толщиной, кроме того, можно варьировать расположение и размеры этих зон.
Четвертый способ является комбинированным решением - «формовка за два шага», дающим в целом лучшее распределение толщины по всей площади детали. Данный способ заключается в том, что сначала заготовка формуется свободно (под давлением газа) в матрицу до касания с первым элементом детали по схеме «формовка» (рис. 8, а-в), а на втором шаге деталь формуется за счет движения пуансона к матрице (рис. 8, г-е).
В результате моделирования процесса формовки по схеме «комбинированная за два шага» удалось получить распределение толщины, подобное полученному при схеме «формовка» с одним отличием: при этой схеме минимальная толщина равна 0,65 мм, что больше, чем в спосо-
бе «формовка» - 0,55 мм (рис. 9). Следовательно, полученный уровень толщины по всей площади детали, формуемой по схеме «комбинированная за два шага», больше. Данный способ формообразования рекомендуется в качестве альтернативы схеме «формовка», однако при этом усложняются система и конструкция оснастки.
Заключение. Анализ полученных моделей показывает, что существуют достаточно эффективные способы управления разнотолщинностью при пневмотермической формовке в режиме сверхпластичности. Они позволяют как локально, так и на больших площадях и в разных зонах или сохранить исходную толщину детали, или уменьшить ее с обеспечением необходимой прочности детали в этом месте.
Библиографический список
1. Чумаченко Е.Н., Смирнов О.М., Цепин М.А. Сверхпластичность: материалы, теория, технологии. М. : КомКни-га, 2005. 189 с.
2. Смирнов О.М. Обработка металлов давлением в состоянии сверхпластичности. М. : Машиностроение, 1979. 320 с.
MANAGEMENT oF THICKNEss vARIATIÛN AT pNEuMoTHERMAL
forming in mode of superplasticity
© Osipov S.A.; Mironenko V.V.; Maksimenko N.V.; Kotov V.V., PhD
Results of modeling on management methods of thickness are resulted at pneumothermal forming in a superplasticity regime. Recommendations about use of each of methods and on an instance of a detail from titanum alloy BT-20 are made as well as distributions of detail thickness for each way are shown.
Keywords: pneumothermal forming sheet details; effect of superplasticity; management thickness.
ЭКСПРЕСС-ИНФОРМАЦИЯ
По рельсам ЕВРАЗа будут транспортировать ракетоносители на космодроме Дальнего Востока
ЕВРАЗ участвует в федеральном проекте по строительству космодрома «Восточный» в Амурской области. Компания поставляет на Дальний Восток рельсы для укладки железнодорожных путей, предназначенных для транспортировки различного оборудования и составных частей ракет-носителей. В 2012 г. ЕВРАЗ отгрузил порядка 3 тыс. т качественных термоупрочненных рельсов производства ЕВРАЗ НТМК. Поставки металлопроката продолжатся и в 2013 г., в том числе и с другого металлургического комбината компании - ЕВРАЗ ЗСМК. Всего в районе космодрома «Восточный» планируется построить более 80 км железнодорожных путей.
ЕВРАЗ является одним из крупнейших производителей железнодорожного проката в мире и единственной компанией, производящей рельсы в России. Железнодорожная продукция ЕВРАЗа поставляется во многие страны мира, включая страны
о
СНГ и Прибалтики, США и Канаду, Турцию, Иран, Ирак и Вьетнам.
Космодром «Восточный» строится на Дальнем Востоке, вблизи поселка Углегорск. Первый пуск ракеты-носителя плани- ™
тк.
руется на 2015 г., первый запуск пилотируемого космического корабля - на 2018 г. Полный ввод космодрома в эксплуатацию запланирован на 2020 г. £
с;
Региональный центр корпоративных отношений «Урал», < Департамент по связям со СМИ г
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.