ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Внеконтактная деформация материала заготовки, возникающая по границам очага деформации, является одним из основных факторов, определяющих энергосиловые параметры процессов редуцирования труб. Наибольшее распространение в практике проектирования процессов обработки металлов давлением получил метод разрывных решений, позволяющий достаточно просто учесть внеконтактную деформацию при численном моделировании процессов. Однако для большинства процессов в технической литературе отсутствуют системные практические рекомендации по применению данного метода, что неизбежно приводит к несоответствию теоретических положений и практики. Целью работы является определение границ применимости метода разрывных решений для процессов безоправочного волочения труб через коническую матрицу, в зависимости от геометрических параметров заготовки, инструмента, а также степени деформации и упрочнения обрабатываемого материала. Методы исследования. Модель очага деформации для процесса безоправочного волочения рассматривалась в двух вариантах: по методу разрывных решений и с учетом внеконтактных изгибов стенки трубы. Из условия баланса работ сил сдвига, действующих по условной поверхности среза, и изгибающих моментов, вызванных изгибом стенки трубы, при различных деформационных условиях определены граничные значения параметра толстостенности, при которых численное моделирование процессов волочения целесообразно выполнять с использованием метода разрывных решений. Расчеты выполнялись отдельно для двух участков очага деформации, соответствующих изгибу стенки трубы на входе в матрицу и на выходе из нее. Результаты и обсуждения. Численная реализация полученных зависимостей показала, что на входе в очаг деформации граничное значение параметра толстостенности увеличивается с ростом угла конусности матрицы и вытяжки за переход, но уменьшается с ростом напряжения противонатяжения и параметра толстостенности исходной заготовки. На выходе из очага деформации граничное значение параметра толстостенности увеличивается с ростом угла конусности матрицы и уменьшается с ростом коэффициента вытяжки за переход и параметра толстостенности исходной заготовки. Если параметр толстостенности исходной заготовки превышает граничное значение, то при численном моделировании целесообразно использовать метод разрывных решений. Если не превышает, то необходимо использовать другие методы и модели. Результаты теоретического исследования могут быть использованы при проектировании процессов волочения труб.

1. Avitzur B. Tube sinking and expanding // Journal of Engineering for Industry. – 1965. – Vol. 87, iss. 1. – P. 71–79. – DOI: 10.1115/1.3670762.

2. Грязев М.В., Пасынков А.А., Платонов В.И. Силовые и деформационные параметры обжима анизотропной трубной заготовки в конической матрице // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением. – 2016. – № 10. – С. 3–7.

3. An analytical solution for tube sinking by strain rate vector inner-product integration / D.W. Zhao, H.J. Du, G.J. Wang, X.H. Liu, G.D. Wang // Journal of Materials Processing Technology. – 2009. – Vol. 209, iss. 1. – P. 408–415. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2008.02.011.

4. Sinking of ultra-thick-walled double-layered aluminium tubes / B. Gulseren, O. Bychkov, I. Frolov, M. Schaper, O. Grudin // Archives of Metallurgy and Materials. – 2018. – Vol. 63, iss. 1. – P. 365–370. – DOI: 10.24425/118949.

5. Myshechkin A.A., Osadchii V.Y. Drawing of thin-walled welded pipe // Steel in Translation. – 2019. – Vol. 49, iss. 4. – P. 277–280. – DOI: 10.3103/S0967091219040090.

6. Осадчий В.Я., Воронцов А.Л., Карпов С.М. Расчет напряжений и усилий при волочении труб // Производство проката. – 2001. – № 10. – С. 8–12.

7. Логинов Ю.Н., Шалаева М.С., Овчинников А.С. Исследование соотношения деформаций при волочении толстостенных и тонкостенных медных труб // Производство проката. – 2011. – № 7. – С. 31–35.

8. Выдрин А.В., Яковлева К.Ю. Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния при волочении труб на самоустанавливающейся оправке на основе совместного применения проекционного метода и метода конечных элементов // Производство проката. – 2016. – № 1. – С. 26–33.

9. Влияние модели материала на напряженно–деформированное состояние в очаге деформации на примере процесса безоправочного волочения трубы / Г.В. Шимов, М.В. Ерпалов, Д.А. Павлов // Черные металлы. – 2018. – № 10. – С. 27–32.

10. Паршин С.В., Удалов А.А., Удалов А.В. Влияние внеконтактной деформации на напряжения в процессе пластического обжима труб в конической матрице // Производство проката. – 2017. – № 11. – С. 24–30.

11. Удалов А.А., Удалов А.В. Метод разрывных решений в исследовании процесса пластического обжима труб // Производство проката. – 2018. – № 2. – С. 30–36.

12. Udalov A.A., Udalov A.V., Parshin S.V. Influence of deformation conditions on the power regimes of the process of cold crimping of a pipe billet in a conical die // Materials Science Forum. – 2019. – Vol. 946, iss. 10. – P. 812–817. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.946.812.

13. Баранов Г.Л. Анализ напряженно-деформированного состояния при проталкивании круглых труб // Известия вузов. Черная металлургия. – 1984. – № 4. – С. 30–35.

14. Баранов Г.Л., Кузнецов В.И. Напряжения на границе очага пластической деформации при безоправочном волочении труб // Цветные металлы. – 1988. – № 11. – С. 88–90.

15. Cold drawing of 316L stainless steel thin-walled tubes: experiments and finite element analysis / M. Palengat, G. Chagnon, D. Favier, H. Louche, C. Linardon // International Journal of Mechanical Sciences. – 2013. – Vol. 70. – P. 69–78. – DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2013.02.003.

16. Manufacturing of precision seamless steel tubes using cold drawing technology: simulation and experiment / M. Ridzon, P. Bucek, M. Necpal, L. Parilak // Applied Mechanics and Materials. – 2015. – Vol. 808. – P. 80–85. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/amm.808.80.

17. Kuroda K., Kawakami T., Okui T. Influential factor to dimensional precision of cold-drawn tubes // Journal of Engineering Manufacture. – 2014. – Vol. 229, iss. 1. – P. 100–109. – DOI: 10.1177/0954405414525381.

18. Zottis J., Soares Diehl C.A.T., Rocha A. da Silva. Evaluation of experimentally observed asymmetric distributions of hardness, strain and residual stress in cold drawn bars by FEM-simulation // Journal of Materials Research and Technology. – 2018. – Vol. 7, iss. 4. – P. 469–478. – DOI: 10.1016/j.jmrt.2018.01.004.

19. Numerical simulation of cold drawing of steel tubes with straight internal rifling / P. Bella, R. Durcik, M. Ridzon, L. Parilak // Procedia Manufacturing. – 2018. – Vol. 15, iss. 10. – P. 320–326. – DOI: 10.1016/j.promfg.2018.07.225.

20. Effect of die geometry on residual stress level present after bar drawing / T. Kuboki, M. Akiyama, Y. Neishi, K. Kuroda // Ironmaking and Steelmaking. – 2001. – Vol. 28, iss. 1. – P. 65–71. – DOI: 10.1179/irs.2001.28.1.65.

21. Pirling N., Carrado A., Palkowski H. Residual stress distribution in seamless tubes determined experimentally and by FEM // Procedia Engineering. – 2011. – Vol. 10, iss. 10. – P. 3080–3085. – DOI: 10.1016/j.proeng.2011.04.510.

22. Residual stresses evolution in Cu tubes, cold drawn with tilted dies – Neutron diffraction measurements and finite element simulation / F. Foadian, A. Carrado, T. Pirlingc, H. Palkowski // Materials and Design. – 2016. – Vol. 107, iss. 5. – P. 163–170. – DOI: 10.1016/j.matdes.2016.06.028.

23. Finite element modelling of cold drawing for high-precision tubes / F. Boutenel, M. Delhomme, V. Velay, R. Boman // Comptes Rendus Mécanique. – 2018. – Vol. 346, iss. 8. – P. 665–677. – DOI: 10.1016/j.crme.2018.06.005.

24. Удалов А.А., Удалов А.В., Паршин С.В. Определение сопротивления деформации металлов и сплавов методом внедрения индентора // Деформация и разрушение материалов. – 2019. – № 4. – С. 40–44. – DOI: 10.31044 / 1814-4632-2019-4-40-44.

25. Удалов А.В., Удалов А.А. Исследование изменения сопротивления деформации низкоуглеродистой стали в процессе ротационной вытяжки с утонением стенки // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2019. – Т. 21, № 3. – С. 59–71. – DOI: 10.17212/1994-6309-2019-21.3-59-71.

26. Перлин И.Л., Ерманок М.З. Теория волочения. – М.: Металлургия, 1971. – 448 с.