Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2013, № 5

Министерство образования и науки Российской Федерации 
 
Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение  
высшего профессионального образования  
 
«Тульский государственный университет» 
 

 
 
ISSN 2071-6168 
 
 
 
ИЗВЕСТИЯ  
ТУЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО 
УНИВЕРСИТЕТА 
 
 
 
 
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ 
 
 
Выпуск 5 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Тула 
Издательство ТулГУ 
2013 

ISSN 2071-6168 
 
 
УДК 621.86/87 
 
Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 5. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. 196 с. 
 
Рассматриваются научно-технические проблемы технологий и оборудования обработки металлов давлением, обработки металлов резанием, 
энергетики, электроснабжения, электроприводов, машиностроения и машиноведения.  
Материалы предназначены для научных работников, преподавателей вузов, студентов и аспирантов, специализирующихся в проблематике 
технических наук. 
 
 
Редакционный совет 
 
М.В. ГРЯЗЕВ – председатель, В.Д. КУХАРЬ – зам. председателя, 
В.В. ПРЕЙС – главный редактор, А.А. МАЛИКОВ – отв. секретарь, 
И.А. БАТАНИНА, О.И. БОРИСКИН, В.И. ИВАНОВ, Н.М. КАЧУРИН, 
Е.А. ФЕДОРОВА, А.К. ТАЛАЛАЕВ, В.А. АЛФЕРОВ, В.С. КАРПОВ, 
Р.А. КОВАЛЁВ, А.Н. ЧУКОВ 
 
Редакционная коллегия 
 
О.И. Борискин (отв. редактор), А.Н. Карпов (зам. отв. редактора), 
Р.А. Ковалев (зам. отв. редактора), А.Н. Чуков (зам. отв. редактора),  
С.П. Судаков (выпускающий редактор), Б.С. Яковлев (отв. секретарь),  
И.Е. Агуреев, А.Н. Иноземцев, С.Н. Ларин, Е.П. Поляков, В.В. Прейс,  
А.Э. Соловьев 
 
 
Подписной индекс 27851 
по Объединённому каталогу «Пресса России» 
 
«Известия ТулГУ» входят в Перечень ведущих научных 
журналов и изданий, выпускаемых в Российской Федерации, 
в которых должны быть опубликованы научные результаты 
диссертаций на соискание учёной степени доктора наук 
 
 
© Авторы научных статей, 2013 
© Издательство ТулГУ, 2013 

Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. 5 
 

 
4

и одного подвижного инструмента.  
Поэтому для моделирования процесса съемы было предложено использовать на первом переходе ступенчатый пуансон с рифленой верхней 
частью и цилиндрической нижней частью диаметром несколько меньше 
внутреннего отверстия в заготовке (рис. 4). 
 

 
Рис.1. Схема процесса редуцирования: 1 – заготовка;  
2 – пуансон;  3 – матрица 

 
Рис.2. Положение  заготовки на пуансоне на конечном этапе  
редуцирования 
 

 
Рис. 3. Схема процесса съема заготовки (1) с пуансона (2) 
с помощью съемника (3) и цилиндрического упора (4) 

Технологии и оборудование обработки металлов давлением 
 

 
5

 
Рис. 4. Рифленый пуансон с гладким цилиндрическим выступом  
 
Так как моделирование процесса редуцирования заготовки рифленым пуансоном требует значительных временных затрат, то было предложено заменить его ступенчатым цилиндрическим пуансоном согласно  
схеме, приведенной на рис. 5. 
  

 
 
Рис.5. Схема процесса редуцирования: 1– ступенчатый  пуансон;  
2 – заготовка; 3 – матрица 
 
В качестве исходной заготовки была выбрана заготовка из стали 10 
(рис.6,а).  
Ступенчатый пуансон выполнен из стали 6Х6В3МФС, матрица - из 
стали 9XC. В процессе редуцирования был использован гидравлический 
пресс 50MN. 
Геометрические размеры инструмента и заготовки представлены на 
рис. 6.  

Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. 5 
 

 
6

 
            а                                           б                                      в 
Рис.6. Геометрические размеры: а - заготовки; б – матрицы; 
 в – ступенчатого пуансона 
 
С целью оптимизации временных затрат компьютерного моделирования данного процесса ввиду его осесимметричности был рассмотрен 
процесс деформирования сектора заготовки с углом в 45 градусов, одна 
сторона которого совпадала с плоскостью xz, а ось y была перпендикулярна ей (рис. 7). 
При моделировании процесса съема заготовки с пуансона с помощью программного комплекса QForm 2D/3D предлагалось, что данные о 
напряженно-деформированном состоянии заготовки и инструмента остались неизменными.  
На рис. 8 показаны начальный, промежуточный и окончательный 
этапы съема изделия с пуансона, а соответствующий график изменения силы – на рис. 9. Отсюда следует, что максимальная сила процесса возникает 
в начальный момент деформирования и затем резко снижается. 
 

 
                                     а                            б 
Рис. 7. Этапы формоизменения заготовки в процессе редуцирования:  
а - начальный; б – конечный; 1- ступенчатый пуансон; 2 – заготовка;  
3 - матрица 

Технологии и оборудование обработки металлов давлением 
 

 
7

 
            
     а                                 б                                    в  
 
Рис. 8. Этапы съема изделия с пуансона: а – начальный; 
б – промежуточный; в – конечный 
 

 
Рис. 9. График изменения силы процесса съема заготовки с пуансона 
 
Таким образом, можно сделать вывод, что данная схема с использование ступенчатого инструмента позволяет адекватно моделировать процессы редуцирования и съема детали. 
 
Список литературы 
 
1. Митин О.Н. Формирование винтовых рифтов на внутренней поверхности цилиндрического стакана // Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. 3. С. 548-553.  
2. Митин О.Н., Иванов Ю.А. Напряженно-деформированное состояние материала при редуцировании цилиндрического стакана пуансоном с рифлями // Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. 4.  
С. 111 – 115. 
3. Биба Н.В., Стебунов С.А. QForm 5.0 – программный инструмент 

Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. 5 
 

 
8

для повышения эффективности производства в обработке металлов давлением. 2008. 75 с. 
 
Митин 
Олег 
Николаевич, 
канд. 
техн. 
наук, 
начальник 
отдела,  

mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, ОАО «НПО «СПЛАВ», 
 
Иванов Юрий Анатольевич, зам. генерального директора, mpf-tula@rambler.ru, 
Россия, Тула, ОАО «НПО «СПЛАВ» 
 
MODELING OF THE PROCESS OF THE REMOVAL OF CYLINDRICAL PREPARATION 
PUNCH AFTER ITS REDUCTION IN A CIRCULAR MATRIX 
 
O.N. Mitin, Yu.A. Ivanov 
 
The article presents the results of identification force the removal of the blank with a 
punch, after its reduction cylindrical punch with the tab through a smooth circular matrix. 
Key words: rent, mathematical modeling, forming screw rift, punch, matrix,  
corrugated, reduction of stress, strain. 
 
Mitin Oleg Nikolaevich, candidate of technical sciencess, head of department,   
mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, JSC «NPO «Splav», 
 
Ivanov Yuriy Anatolevich, deputy director general, mpf-tula@rambler.ru, Russia, 
Tula, JSC «NPO «Splav» 
 
 
 
 
 
УДК 621.983; 539.974 
 
ВЛИЯНИЕ АНИЗОТРОПИИ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ 
ТОНКОЙ ПОЛОСЫ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ПРИ ПРАВКЕ 
РАСТЯЖЕНИЕМ 
 
К.С. Ремнев 
 
Выявлено влияние анизотропии механических свойств тонкой полосы на устойчивость при правке растяжением с малыми удлинениями.  
Ключевые слова: анизотропия, правка, растяжение, напряжение, деформация, 
устойчивость. 
 
Правка растяжением позволяет получать высокую степень плоскостности тонких широких полос и листов из высокопрочных сталей и специальных сплавов, правка которых другими способами не дает удовлетворительных результатов [1, 2]. 

Технологии и оборудование обработки металлов давлением 
 

 
9

В работе [3] получены основные уравнения и соотношения для анализа напряженного и деформированного состояний, а также определены 
условия устойчивого протекания операции правки растяжением с малыми 
удлинениями анизотропной полосы (рис. 1). 
 

 
Рис. 1. Схема правки полосы растяжением с малыми удлинениями 
 
В процессе правки полоса может потерять устойчивость из-за выпучивания с образованием волнистости. Принималось, что правке растяжением подвергается длинная тонкая полоса с прямолинейными боковыми 
кромками. Плоскость xy  прямоугольной системы координат xoy  совместим с серединной плоскостью полосы (рис. 1). Ось x  направим вдоль полосы по линии действия растягивающих сил P ; начало координат расположим в центре полосы.  
Выпучивание и образование волнистости при правке растяжением 
являются следствием возникновения в полосе сжимающих напряжений 

y
σ , действующих поперек полосы.  

Получены выражения для определения продольных растягивающих 
и поперечных сжимающих напряжений, функции прогибов, изменения ∆Π 
полной потенциальной энергии пластины при ее выпучивании, величин 
критического напряжения и критической толщины полосы. Полученные 
соотношения позволили выявить влияние анизотропии механических 
свойств тонкой полосы на устойчивость при правке растяжением с малыми 
удлинениями. 
Приведенные выше соотношения позволили оценить влияние анизотропии механических свойств на устойчивость полосы при правке. Исходные данные для построения графических зависимостей следующие: 
300
0 =
B
 мм; 
600
0 =
L
 мм; 
270
0 =
σi
 МПа; 
17
,0
=
n
; 
5,
802
=
С
 МПа; 

05
,0
−
=
σ
m
; 
1,0
=
∆ x
q
. Здесь 
0
/
i
x
x
q
q
σ
∆
=
∆
; 
т

i
Сε
=
σ 0
.  
На рис. 2 - 6 показаны графические зависимости изменения относи

Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. 5 
 

 
10

тельной критической толщины полосы кр
t
 от коэффициентов анизотропии 

x
R , 
y
R  и 
45
R
. 

 

 
Рис. 2. Зависимости изменения кр
t
 

от 
x
R  (
o
0
=
α
): 1 - 
2,0
=
y
R
;  

2 - 
6,1
=
y
R
; 3 - 
3
=
y
R
 

Рис. 3. Зависимости изменения кр
t
 

от 
y
R  (
o
0
=
α
):  

1 - 
2,0
=
x
R
; 2 - 
6,1
=
x
R
; 3 - 
0,3
=
x
R
 

Рис. 4. Зависимости изменения кр
t
 

от 
45
R
 (
o
45
=
α
):  
1 - 
2,0
=
=
y
x
R
R
; 2 - 
6,1
=
=
y
x
R
R
;  

3 - 
0,3
=
=
y
x
R
R
 

Рис. 5. Зависимости изменения кр
t
 

от 
x
R  (
o
90
=
α
):  
1 - 
2,0
=
y
R
; 2 - 
6,1
=
y
R
;  

3 - 
0,3
=
y
R
 

 
Анализ графических зависимостей показывает, что значение относительной критической толщины полосы кр
t
 увеличивается с ростом ко
эффициента анизотропии 
x
R  от 0,5 до 3,0 (
o
0
=
α
) при 
2,0
=
y
R
 на 3 % и 

уменьшается с ростом коэффициента анизотропии 
x
R  от 0,5 до 3,0 при 
6,1
=
y
R
 на 11 %, при 
3
=
y
R
 на 19 %. При увеличении коэффициента ани
зотропии 
y
R  от 0,5 до 3 (
o
0
=
α
) наблюдается уменьшение значений отно
сительной критической толщины полосы кр
t
, причем, если в случае, когда 

2,0
=
x
R
, имеет место незначительное изменение кр
t
, то при 
6,1
=
x
R
 и 

3
=
x
R
,0 величина относительной критической толщины полосы kt  убыва