The Limits of Applicability of the Method of Discontinuous Solutions in the Study of Pipe Drawing Processes

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction . Non-contact deformation of the workpiece material, which occurs along the boundaries of the deformation zone, is one of the main factors determining the energy-power parameters of pipe reduction processes. The most widespread practice in the design of metal forming processes is the method of discontinuous solutions, which makes it quite simple to take into account non-contact deformation in numerical simulation of processes. However, for most processes in the technical literature there are no systematic practical recommendations on the application of this method, which inevitably leads to a mismatch of theoretical principles and practice. The aim of the work is to determine the limits of applicability of the method of discontinuous solutions for processes of faultless drawing of pipes through a conical die, depending on the geometric parameters of the workpiece, tool, as well as the degree of deformation and hardening of the processed material. Research Methods. The model of the deformation zone for the process of flawless drawing is considered in two versions: by the method of discontinuous solutions and taking into account non-contact bends of the pipe wall. From the condition of the balance of the shear forces acting on the conditional shear surface and the bending moments caused by the bending of the pipe wall, under various deformation conditions, the boundary values of the thickness parameter are determined, at which it is advisable to carry out numerical simulation of the drawing processes using the discontinuous solution method. In this case, the calculations are performed separately for two sections of the deformation zone corresponding to the bending of the pipe wall at the entrance to and exit from the die. Results and discussions. The numerical implementation of the obtained dependences showed that at the entrance to the deformation zone, the boundary value of the thickness parameter increases with an increase in the taper angle of the die and the hood for the transition, but decreases with an increase in the anti-tension stress and the thickness parameter of the initial workpiece. At the exit from the deformation zone, the boundary value of the thick-walled parameter increases with an increase in the taper angle of the die and decreases with an increase in the stretch coefficient for the transition and the thick-walled parameter of the initial billet. If the parameter of the thickness of the initial billet exceeds the boundary value, then in numerical modeling it is advisable to use the method of discontinuous solutions. If it does not exceed, then other methods and models should be used. The results of a theoretical study can be used in the design of pipe drawing processes.

About the authors

A. V. Udalov

Email: a.v.udalov1960@gmail.com
Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Vyatka State University, 36 Moskovskaya st., Kirov, 610000, Russian Federation, a.v.udalov1960@gmail.com

References

  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/ href='www.scientific.net/MSF.946.812' target='_blank'>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/ href='www.scientific.net/amm.808.80' target='_blank'>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.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».