Моделювання процесів деформування пустотілих заготовок без оправки

Abstract

Розроблено та досліджено новий спосіб кування товстостінних труб. Запропонований спосіб полягає в деформуванні пустотілої заготовки без оправки. Розроблено методику експериментального моделювання. Змінним параметром був відносний внутрішній діаметр пустотілої заготовки, який змінювався в діапазоні 0,30; 0,55; 0,80. За результатами експериментів визначався діаметр отвору труби, який утворюється після кування цим способом. Для аналізу отриманих теоретичних і експериментальних даних побудовані графіки залежності інтенсивності подовження (f), відносного потовщення стінки (S1/S0) і відносної зміни діаметра заготовки (d1cp/D). Встановлено, що зі збільшенням діаметра отвору заготовки подовження труби збільшується і знижується інтенсивність заковуван-ня отвору. Отримані результати дозволили встановити, що зі збільшенням відносного діаметра отвору вихідної заготовки d0/D до 0,6 збільшується товщина стінки поковки S1/S0. З подальшим збільшенням діаметра отвору (d0/D > 0,6) знижується товщина стінки. Це дозволяє зробити висновок про неефективність співвідношень розмірів заготовки з d0/D = 0,6 для кування без оправки, внаслідок інтенсивного збільшення товщини стінки заготовки. Загальною закономірністю досліджених схем протягування є те, що величина подовження пустотілої заготовки несуттєво змінюється для різних ступенів деформацій за постійних відносних розмірів заготовки. Це дозволило встановити рекомендовану подачу для збільшення подовження труби і зменшення ступеня заковування отвору. Раціональна подача повинна становити (0,05...0,15)D. Встановлені закономірності дозволяють визначати остаточний діаметр отвору труби. За результатами дослідження встановлено, що протягування пустотілих заготовок без оправки можливе. Цей спосіб розширює технологічні можливості процесів кування труб. Запропонований спосіб виготовлення пустотілих заготовок придатний для виготовлення довгомірних товстостінних труб з діаметром отвору меншим 300 мм. Кування труб без оправки дозволяє зменшити кількість підігрівань заготовок за рахунок виключення охолодження (в результаті зменшується час кування та витрати енергії на підігрівання заготовки). Запропонований спосіб кування без оправки дозволяє виключити використання спеціальних оправок з жароміцної сталі. Під час кування труб без оправки змінюється плин металу пустотілої заготовки (в результаті при обтисканні метал тече не тільки вздовж осі, але й перпендикулярно до осі заготовки).

A new method of thick-walled pipes forging has been developed and researched. The proposed method consists in de-forming a hollow billet without a mandrel. An experimental modeling technique was developed. The variable parameters were the inner diameter of the hollow billet, which varied in the range of 0,30; 0,55; 0,80. According to the results of the experiments, the diameter of the hole in the pipe, which is formed after forging by this method, has been determined. To analyze the obtained theoretical and experimental data, we plotted the dependence of the intensity of elongation (f), relative wall thickening (S1/S0), and relative change in the diameter of the workpiece (d1cp/D). It was found that with an increasing of the hole diameter in the workpiece, the elongation of the pipe increases and the intensity of the chaining of the hole de-creases. Obtained results allowed to establish that with an increase in the relative diameter of the opening of the original billet d0/D to 0,6, the wall thickness of the forging S1/S0 increases. A further increasing in the hole diameter (d0/D>0,6) leads to a decrease in wall thickness. This allows us to conclude about the inefficiency of the ratios of the dimensions of the workpiece with d0/D=0,6 for forging without a mandrel, as a result of an intense increase in the thickness of the wall of the billet. The general regularity of the investigated forging schemes is that the magnitude of the hollow billet elongation does not change significantly for different degrees of deformation at constant relative sizes of the billet. This made it possible to establish the recommended feed rate to increase pipe elongation and reduce the degree of the hole closing. Rational feed rate should be (0,05...0,15)D. The established relation allows to determine the final diameter of the pipe hole. According to the results of the research, it was established that the drawing of hollow billets without mandrel is possible. This method expands the technological capabilities of pipe forging processes. The proposed method of manufacturing hollow billets is suitable for the manufacture of long thick-walled pipes with a hole diameter of less than 300 mm. Forging pipes without a mandrel allows you to reduce the number of heated blanks by eliminating cooling (as a result, forging time and energy costs for heating the blank are reduced). The proposed method of forging without a mandrel eliminates the use of special supports from heat-resistant steel. When forging pipes without a mandrel, the current of the hollow billet metal changes (as a result, when the metal is compressed, the metal flows not only along the axis, but also across the axis of the workpiece).

Разработан и исследован новый способ ковки толстостенных труб. Предложенный способ заключается в де-формировании пустотелой заготовки без оправки. Разработана методика экспериментального моделирования. Варьируемым параметром был относительный внутренний диаметр пустотелой заготовки, который изменялся в диапазоне 0,30; 0,55; 0,80. По результатам экспериментов определялся диаметр отверстия трубы, который образуется после ковки этим способом. Для анализа полученных теоретических и экспериментальных данных построены графики зависимости интенсивности удлинение (f), относительного утолщения стенки (S1/S0) и отно-сительного изменения диаметра заготовки (d1cp/D). Установлено, что при увеличении диаметра отверстия в заготовке удлинение трубы увеличивается и снижается интенсивность заковывания отверстия. Полученные результаты позволили установить, что с увеличением относительного диаметра отверстия исходной заготов-ки d0/D до 0,6 увеличивается толщина стенки поковки S1/S0. Дальнейшее увеличение диаметра отверстия (d0/D > 0,6) приводит к снижению толщины стенки. Это позволяет сделать вывод о неэффективности соотноше-ний размеров заготовки с d0/D=0,6 для ковки без оправки, в результате интенсивного увеличения толщины стенки заготовки. Общей закономерностью исследованных схем протяжки является то, что величина удлинения пусто-телой заготовки несущественно меняется для различных степеней деформаций при постоянных относительных размерах заготовки. Это позволило установить рекомендованную подачу для увеличения удлинения трубы и уменьшения степени заковывания отверстия. Рациональная подача должна составлять (0,05...0,15)D. Установ-ленные закономерности позволяют определять окончательный диаметр отверстия трубы. По результатам исследования установлено, что протяжка пустотелых заготовок без оправки возможна. Этот способ расширяет технологические возможности процессов ковки труб. Предложенный способ изготовления пустотелых заготовок пригоден для изготовления длинномерных толстостенных труб с диаметром отверстия менее 300 мм. Ковка труб без оправки позволяет уменьшить количество подогреваемым заготовок за счет исключения охлаждения (в результате уменьшается время ковки и расходы энергии на подогрев заготовки). Предложенный способ ковки без оправки позволяет исключить использование специальных оправок из жаропрочной стали. При ковке труб без оп-равки меняется течение металла пустотелой заготовки (в результате при обжатии металл течет не только вдоль оси, но и перпендикулярно к оси заготовки).