Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2015, № 5. Часть 2

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

 
 
16+ 
ISSN 2071-6168 
 
 
 
ИЗВЕСТИЯ  
ТУЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО 
УНИВЕРСИТЕТА 
 
 
 
 
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ 
 
 
Выпуск 5 
 
 
Часть 2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Тула 
Издательство ТулГУ 
2015 

УДК 621.86/87                                                                             ISSN 2071-6168 
 
 
Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 5: в 2 ч. Ч. 2. Тула: Изд-во ТулГУ, 
2015. 361 с.
 
Рассматриваются научно-технические проблемы машиностроения и машиноведения, информатики, вычислительной техники и обработки информации, военноспециальных наук. 
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, А.Ю. ГОЛОВИН, В.Н. ЕГОРОВ, 
В.И. ИВАНОВ, Н.М. КАЧУРИН, В.М. ПЕТРОВИЧЕВ  
 
 
 
 
Редакционная коллегия 
 
О.И. Борискин (отв. редактор), С.Н. Ларин (зам. отв. редактора), 
Б.С. 
Яковлев 
(отв. 
секретарь), 
И.Л. 
Волчкевич, 
Р.А. 
Ковалев,  
М.Г. Кристаль, А.Д. Маляренко (Республика Беларусь), А.А. Сычугов,  
Б.С. Баласанян (Республика Армения), А.Н. Чуков, С.С. Яковлев  
 
 
Подписной индекс 27851 
по Объединённому каталогу «Пресса России» 

Сборник 
зарегистрирован 
в 
Федеральной 
службе по надзору в сфере связи, информационных 
технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).  
ПИ № ФС77-61104 от 19 марта 2015 г.  
«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, 2015 
© Издательство ТулГУ, 2015 

Известия ТулГУ. Технические науки. 2015. Вып. 5. Ч. 2 
 

6 

геометрии инструмента, условий трения на контактной поверхности рабочего инструмента и заготовки устанавливались путем численных расчетов 
по этим неравенствам на ЭВМ. 
Предельные коэффициенты утонения 
np
s
m
 исследовались в зави
симости от угла конусности матрицы, условий трения на инструменте 

М
П
µ
=
µ
)
4
...
1(
 при 
05
,0
=
µМ
 для исследуемого двухслойного материала 
12Х3ГНМФБА+08Х13, механические характеристики которого приведены 
в таблице. 
 
Механические свойства исследуемых материалов 
 

Марка 
k
sxy
)
(
2,0
τ
,  
МПа 

k
Q , 
МПа 
k
n  
k
с  
x
R  
y
R  
k
Ω  
k
U  

Сталь 
12Х3ГНМФБА
340,0 
275,03 
0,44 
-0,12
0,55 
0,66 
1,46 
-1,2 

Сталь 08Х13 
288,0 
324,07 
0,50 
0,11 
1,05 
0,85 
1,59 
-1,38

 
Графические зависимости изменения предельных коэффициентов 
утонения 
np
s
m
, вычисленных по первому (1) и второму (2) критериям раз
рушения без учета и с учетом упрочнения материала детали, от угла конусности матрицы α  для двухслойной стали 12Х3ГНМФБА+08Х13 приведены на рис. 2 соответственно. Здесь кривая 1 соответствует величине 

np
s
m
, определенной по максимальной величине осевого напряжения на 

выходе из очага пластической деформации (1); кривая 2 соответствует величине 
np
s
m
, определенной по допустимой величине накопленных микро
повреждений (2) при 
1
=
χ
; кривая 3 – при 
65
,0
=
χ
; кривая 4 – при 
25
,0
=
χ
. 
Положения кривых 1 – 4 определяют возможности деформирования 
заготовки в зависимости от технических требований на изделие. Положения кривых 1 и 2 указывают на возможность разрушения заготовки по 
максимальной величине растягивающего напряжения на выходе из очага 
пластической деформации (1) и по допустимой величине накопленных 
микроповреждений (2) при 
1
=
χ
.  
Установлено, что величины предельных коэффициентов утонения 

np
s
m
, вычисленные с учетом упрочнения материала, меньше, чем без уче
та упрочнения. Различие предельных коэффициентов утонения 
np
s
m
, оп
ределенных с учетом и без учета упрочнения материала, составляет около 
15 %. Показано, что с ростом угла конусности матрицы α  величина предельного коэффициента утонения 
np
s
m
 увеличивается. Так, увеличение 

угла конусности матрицы от 6 до 
o
30  сопровождается ростом величины 

np
s
m
 на 45 %. 

Машиностроение и машиноведение 
 

7 
 

а                                                              б 
 
Рис. 2. Зависимость изменения 
np
s
m
 от α : 

а – без учета упрочнения; б – с учетом упрочнения 
(
50
,0
0
01
=
δ
h
; 
4
0 =
h
 мм;  
1,0
2
=
µ
=
µ
М
П
) 

 
Показано, что изменение условий трения на контактной поверхности пуансона существенно влияет на предельный коэффициент утонения 

snp
m
. С ростом коэффициента трения на пуансоне снижается предельное 

значение коэффициента утонения 
snp
m
. Этот эффект проявляется сущест
веннее на малых углах конусности матрицы α . Расчеты показали, что при 

углах конусности матрицы 
o
30
=
α
 увеличение коэффициента трения на 
пуансоне в три раза по сравнению с коэффициентом трения на матрице 
приводит к незначительному (около 5 %) изменению предельного коэффи
циента утонения, а при 
o
6
=
α
 – к уменьшению коэффициента утонения 

snp
m
, вычисленного по максимальной величине осевого напряжения на 

выходе из очага пластической деформации и допустимой величине накопленных микроповреждений, на 15 и 30 % соответственно. 
Выявлено, что при вытяжке с утонением стенки осесимметричных 
деталей из двухслойной стали 12Х3ГНМФБА+08Х13 с увеличением величины 
0
01 h
δ
 происходит рост предельного коэффициента утонения 

np
s
m
. Установлено, что предельные возможности формоизменения могут 

ограничиваться максимальной величиной растягивающего напряжения на 
выходе из очага деформации и допустимой величиной накопленных микроповреждений. Это зависит от анизотропии механических свойств материала заготовки, технологических параметров, угла конусности матрицы и 
условий трения на контактных поверхностях инструмента. 
Приведенные выше результаты теоретических исследований предельных возможностей формоизменения могут быть использованы при 
разработке новых технологических процессов вытяжки с утонением стенки 
двухслойных анизотропных материалов в конической матрице. 

Известия ТулГУ. Технические науки. 2015. Вып. 5. Ч. 2 
 

8 

Работа выполнена в рамках государственного задания на проведение научно-исследовательских работ Министерства образования и науки 
Российской Федерации на 2014 - 2020 годы и гранта РФФИ № 13-08-97519 р_центр_а. 
 
Список литературы 
 
1. Трегубов В.И. Изготовление баллонов высокого давления из высокопрочных двухслойных материалов вытяжкой. М.: Машиностроение, 
Изд-во "Тульский полиграфист", 2003. 164 с. 
2. Яковлев С.С., Кухарь В.Д., Трегубов В.И. Теория и технология 
штамповки анизотропных материалов / под ред. С.С. Яковлева. М.: Машиностроение, 2012. 400 с. 
3. Трегубов В.И., Яковлев С.П., Яковлев С.С. Технологические параметры вытяжки с утонением стенки двухслойного упрочняющегося материала // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов 
давлением. 2005. № 1. С. 29 – 35. 
4. Грязев М.В., Яковлев С.С., Ремнев К.С. Математическая модель 
операции вытяжки с утонением стенки двухслойных анизотропных материалов в конической матрице// Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2014. Вып. 1. С. 66-76. 
5. Теория обработки металлов давлением: учебник для вузов / В.А. 
Голенков, С.П. Яковлев, С.А. Головин, С.С. Яковлев, В.Д. Кухарь; под ред. 
В.А. Голенкова, С.П. Яковлева. М.: Машиностроение, 2009. 442 с. 
6. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением. Екатеринбург: УГТУ, 2001. 836 с. 
7. Богатов А.А. Механические свойства и модели разрушения металлов. Екатеринбург: УГТУ, 2002. 329 с. 
 
Грязев Михаил Васильевич, д-р техн. наук, проф., ректор, mpf-tula@rambler.ru, 
Россия, Тула, Тульский государственный университет, 
 
Перепелкин Алексей Алексеевич, канд. техн. наук, доц., mpf-tula@rambler.ru, 
Россия, Тула, Тульский государственный университет, 
 
Пилипенко Ольга Васильевна, д-р техн. наук, проф., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Орел, Государственный университет—учебно-научно-производственный комплекс 
 
TO THE ASSESSMENT LIMITING POSSIBILITIES EXTRACT WITH UTONENIEM  
ROTATIONALLY SYMMETRIC PARTS OF TWO-LAYERED ANISOTROPIC MATERIALS 
 
M.V. Gryazev, A.A. Perepelkin, O.V. Pilipenko 
 
Theoretical studies of limiting possibilities of forming at drawing with wall thinning 
rotationally symmetric parts of the two-layer anisotropic materials. 
Key words: anisotropy, extractor hood, double-layer material, deformation, stress, 
strength, destruction, defect, plasticity. 

Машиностроение и машиноведение 
 

9 
 

Gryazev Michail Vasilievich, doctor of technical sciences, professor, the rector, mpf
tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University, 
 
Perepelkin Aleksey Alekseevich, candidate of technical sciences, docent, mpf
tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University, 
 
Pilipenko Olga Vasilievna, doctor of technical sciences, professor, mpf
tula@rambler.ru, 
Russia, 
Orel, 
State 
University 
— 
Education-Science-Production  
Complex 
 
 
 
 
 
 
 
УДК 539.374; 621.983 
 
ИЗМЕНЕНИЕ ВНУТРЕННИХ ДИАМЕТРАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ 
ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ДЕТАЛЕЙ ПРИ РОТАЦИОННОЙ 
ВЫТЯЖКЕ 
 
В.И. Трегубов, М.В. Ларина, А.А. Пасынков 
 
Приведены результаты экспериментальных исследований по изменению внутренних диаметральных размеров деталей в зависимости от технологических параметров, геометрических характеристик инструмента ротационной вытяжки цилиндрических деталей из сталей 10 и 12Х3ГНМФБА на специализированном оборудовании 
коническими роликами с разделением очага деформации. Выявлены рациональные технологические режимы обработки. 
Ключевые слова: ротационная вытяжка, труба, ролик, оправка, шага подачи, 
степень деформации, угол, деталь, диаметр. 
 
Обеспечение заданной точности внутренних диаметральных размеров деталей 
d
d  при ротационной вытяжке регламентируется диаметром 
рабочей оправки 
опр
d
, а также условиями деформирования (режимами об
работки, схемами ротационной вытяжки и геометрическими параметрами 
деформирующих роликов) [1, 2]. 
Рациональными при ротационной вытяжке являются условия деформирования, при которых 
опр
d
d
d
>
 на величину минимального зазора ме
жду деталью и оправкой. Уменьшение внутреннего диаметра детали 
d
d  
при определенных условиях ротационной вытяжки может привести к 
плотной посадке ее на оправку, затруднить съем детали и вызвать появление царапин на внутренней поверхности детали и поверхности оправки. 

Известия ТулГУ. Технические науки. 2015. Вып. 5. Ч. 2 
 

10 

Изготовление детали с внутренним диаметром значительно больше 
диаметра оправки также нежелательно, так как приводит к появлению погрешностей формы детали (овальности, кривизне образующей, волнистости). 
Для оценки влияния технологических параметров процесса, геометрических параметров инструмента на точность внутренних диаметральных 
размеров изготавливаемых деталей выполнены экспериментальные исследования с регистрацией значений внутреннего диаметра деталей 
d
d  при 
переменных значениях степени деформации ε , рабочей подачи S , частоте 
вращения заготовки 
n  и радиусе закругления ролика 
r . Здесь 
%
100
)
/
1(
0t
t
−
=
ε
; 0t  и t  – толщина стенки исходной заготовки и детали; 

d
d  – внутренний диаметр получаемой детали; 
(
)
H
H
d
d
d
D
d
d
d
/
−
=
δ
; 

опр
d
d
d H =
; опр
d
 – диаметр оправки.  

Предварительные экспериментальные исследования по ротационной вытяжке цилиндрических деталей из разных материалов показали, что 
наиболее эффективной в части получения высоких исследуемых точностных характеристик деталей является схема с разделением деформации по 
сравнению с другими возможными схемами формоизменения (схемами с 
применении деформирующих роликов открытой и закрытой калибровки) 

при использовании комплекта роликов с углами 
o
15
1 =
α p
; 
o
30
2 =
α p
; 

o
30
3 =
α p
 [3]. Поэтому ротационная вытяжка цилиндрических деталей из 

исследуемых материалов осуществлялась по 3-роликовой схеме с разделением очага деформации. 
Построение теоретической модели для определения относительной 
величины отклонения внутреннего диаметра детали от номинального значения 
D
δ  при ротационной вытяжке не представляется возможным. Поэтому для построения математической модели исследуемого показателя 
качества необходимо проведение экспериментальных исследований с последующей обработкой результатов на основе регрессионного анализа в 
сочетании с теорией планирования эксперимента. 
Так как предварительные эксперименты показали, что линейная 
модель может не удовлетворять условию адекватности, то для проведения 
экспериментальных исследований согласно рекомендациям [4, 5] был выбран план Рехтшафнера.  
В соответствии с планом Рехтшафнера в табл. 1 приведены уровни 
и интервалы варьирования технологических параметров процесса ротационной вытяжки, влияющие на величину изменения относительной величины отклонения внутреннего диаметра детали от номинального значения 

D
δ  в натуральных значениях.