vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2025-70-1-28-36vestift-876Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕ, МЕХАНИКАMECHANICAL ENGINEERING AND MECHANICSСиловой режим скоростного выдавливания осесимметричных биметаллических стержневых изделий инструментального назначенияPower mode of high-speed extrusion of axisymmetric bimetallic rod products for instrumental purposesКачановИ. В.KachanovI. V.

Качанов Игорь Владимирович – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой  «Гидротехническое  и  энергетическое  строительство,  водный  транспорт  и  гидравлика»

пр. Независимости, 65, 220013, Минск

Igor V. Kachanov –  Dr.  Sci.  (Engineering),  Professor,  Head  of  the  Department “Hydraulic and energy construction, water transport and hydraulics”

65, Nezavisimosti Ave., 220013, Minsk

ВласовВ. В.VlasovV. V.

Власов Вячеслав Владимирович  –  старший  преподаватель  кафедры «Гидротехническое и энергетическое строительство, водный транспорт и гидравлика» 

пр. Независимости, 65, 220013, Минск

Viacheslav V. Vlasov – Senior Lecturer of the Department “Hydraulic and energy construction, water transport and hydraulics” 

65, Nezavisimosti Ave., 220013, Minsk

vlasov881988@mail.ruБелорусский национальный технический университетBelarusian National Technical University2025260320257012836Copyright © Качанов И.В., Власов В.В., 20252025Качанов И.В., Власов В.В.Kachanov I.V., Vlasov V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/876

Приводится математическая модель, разработанная для расчета силового воздействия на пуансон при скоростном ударном выдавливании осесимметричного ступенчатого стержневого инструмента (пуансоны, толкатели, фрезы и т. д.). В основу модели положен двухэтапный переход, который реализуется по схемам «прямоугольник – квадрат», «квадрат – круг». При этом переход от квадрата к кругу осуществляется при условии равенства площадей поперечных сечений, что позволяет сохранить практически неизменным кинематически возможное поле линий скольжения, включая годографы скоростей и ускорений, при переходе от плоской к осесимметричной деформации. Первый переход в разработанной модели реализуется путем преобразования (адаптации) полученных ранее расчетных уравнений для формообразования прямоугольной заготовки в уравнения для анализа силового режима при выдавливании стержневого инструмента с квадратным сечением на всех ступенях. На втором переходе полученные уравнения для анализа силового режима работы пуансона при плоской деформации квадратной заготовки из условия равенства площадей адаптируются для анализа осесимметричной деформации на основе использования соотношений Di(di) = 1,128Ai(ai), Ai(ai) = 0,886Di(di), в которых Di(di) – искомые диаметры круглых сечений осесимметричной детали, которые определяются по известным значениям сторон Ai(ai) квадратных сечений детали, сформированной в условиях плоской деформации. Предложенная схема расчета силовых параметров процесса скоростного ударного выдавливания позволяет оперативно рассчитать силовой режим формирования для любого стержневого ступенчатого инструмента с осесимметричной (круглой) формой поперечных ступеней, используя для этого классический метод верхней оценки. С учетом корректных допущений указанный метод эффективно применяется только для анализа скоростной ударной деформации плоских ступенчатых стержневых изделий. Используя предложенную методику технологии, в производственных условиях можно оперативно пересчитать силовой режим формоизменения с плоской на осесимметричную деформацию и на этом основании подобрать оборудование (чеканочный либо кривошипно-шатунный прессы, штамповочный молот и т. д.), необходимое для реализации процесса изготовления инструмента.

A mathematical model developed to calculate the force impact on a punch during high-speed impact extrusion of axisymmetric stepped rod tools (punches, pushers, cutters, etc.) is described in the article. The model is based on a twostage transformation, which is implemented according to the scheme “rectangle – square”, “square – circle”. At the same time, the transformation from square to circle is implemented under the condition of equality of cross-sectional areas, which allows keeping practically unchanged the kinematically possible field of slip lines, including velocity and acceleration hodographs during the transformation from plane to axisymmetric deformation. The first transformation in the developed model is accomplished by transforming (adapting) the previously obtained calculation equations for forming a rectangular workpiece into equations for analyzing the force regime during extrusion of a rod tool with a square cross-section at all stages. During the second transformation the obtained equations for the analysis of the force mode of the punch operation at flat deformation of a square workpiece from the condition of equality of squares are adapted for the analysis of axisymmetric deformation on the basis of using the relations  Di(di) = 1.128Ai(ai), Ai(ai) = 0.886Di(di), in which Di(di) – are the required diameters of circular sections of axisymmetric workpiece which are determined by the known values of sides Ai(ai) of square sections of the workpiece formed under conditions of flat deformation. The proposed scheme for calculating the power parameters of the highspeed impact extrusion process makes it possible to quickly calculate the power mode of formation for any rod step tool with an axisymmetric (round) shape of the transverse steps, using the classical upper estimation method. Taking into account the correct assumptions, this method is effectively used only for analyzing the high-speed impact deformation of flat stepped rod products. Using the proposed technology methodology, in production conditions, it is possible to quickly recalculate the force mode of shaping from flat to axisymmetric deformation and, on this basis, select the equipment (stamping or crank presses, stamping hammers, etc.) necessary for the implementation of the tool manufacturing process.

скоростное выдавливаниестержневой биметаллический инструментметод верхней оценкиравенство площадейбаланс мощности внешних и внутренних силhigh-speed extrusionrod bimetallic toolupper estimation methodequality of squarespower balance of external and internal forcesReferencesБыков, К. Ю. Силовой режим скоростного комбинированного выдавливания плоских биметаллических дорожных резцов / К. Ю. Быков, И. В. Качанов, И. М. Шаталов // Наука и техника. – 2021. – Т. 20, № 4. – С. 287–295. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2021-20-4-287-295Bykov K. Yu., Kachanov I. V., Shatalov I. M. Power Mode of High-Speed Combined Extrusion of Flat Bimetallic Road Milling Picks. Nauka i tekhnika = Science & Technique, 2021, vol. 20, no. 4, pp. 287–295 (in Russian). https://doi.org/10.21122/2227-1031-2021-20-4-287-295Качанов, И. В. Скоростное горячее выдавливание стержневых изделий / И. В. Качанов; под ред. Л. А. Исаевича. – Минск: Технопринт, 2002. – 327 с.Kachanov I. V. High-Speed Hot Extrusion of Rod Products. Minsk, Technoprint Publ., 2002. 327 p. (in Russian).Сидельников, С. Б. Теория процессов ковки и штамповки: учеб. пособие / С. Б. Сидельников, Н. Н. Довженко, И. Л. Константинов; Сиб. федер. ун-т, Ин-т цвет. металлов и материаловедения. – Изд. 3-е, доп. и перераб. – Красноярск: СФУ, 2017. – 103 с.Sidel’nikov S. B., Dovzhenko N. N., Konstantinov I. L. Theory of Forging and Stamping Processes: Textbook. Ed. 3rd. Krasnoyarsk, Siberian Federal University, 2017. 103 p. (in Russian).Макаров, Е. Г. Теория пластичности для инженеров: учеб. пособие / Е. Г. Макаров. – СПб.: БГТУ Военмех, 2011. – 85 с.Makarov E. G. Plasticity Theory for Engineers. St. Petersburg, Baltic State Technical University Voenmech named after. D. F. Ustinov, 2011. 85 p. (in Russian).Теория обработки металлов давлением: учеб. для вузов / В. А. Голенков, С. П. Яковлев, С. А. Головин [и др.]; под ред. В. А. Голенкова, С. П. Яковлева. – М.: Машиностроение, 2009. – 442 с.Golenkov V. A., Yakovlev S. P., Golovin S. A., Yakovlev S. S., Cook V. D. Golenkov V. A., Yakovlev S. P. (eds.). Theory of Metal Forming. Moscow, Mashinostroenie Publ., 2009. 442 p. (in Russian).Гречников, Ф. В. Теория пластического деформирования металлов: учебник / Ф. В. Гречников, В. Р. Каргин. – Самара: Изд-во Самар. ун-та, 2021. – 448 с.Grechnikov F. V., Kargin V. R. Theory of Plastic Deformation of Metals. Samara, Samara University Publ. House, 2021. 448 p. (in Russian).Коликов, А. П. Теория обработки металлов давлением: учебник / А. П. Коликов, Б. А. Романцев. – М.: Изд. дом МИСиС, 2015. – 451 с.Kolikov A. P., Romantsev B. A. Theory of Metal Forming. Moscow, MISiS Publ. House, 2015. 451 p. (in Russian).Здор, Г. Н. Технология высокоскоростного деформирования материалов / Г. Н. Здор, Л. А. Исаевич, И. В. Качанов. – Минск: БНТУ, 2010. – 456 с.Zdor G. N., Isaevich L. A., Kachanov I. V. Technology of High-Speed Deformation of Materials. Minsk, BNTU, 2010. 456 p. (in Russian).Смирнов, В. С. Теория обработки металлов давлением / В. С. Смирнов. – М.: Металлургия, 1973. – 497 с.Smirnov V. S. Theory of Metal Pressure Processing. Moscow, Metallurgiya Publ., 1973. 497 p. (in Russian).Качанов, И. В. Оптимизация режима нагружения при скоростном ударном выдавливании биметаллических плоскоступенчатых стержневых изделий / И. В. Качанов, В. В. Власов // Весцi Нацыянальнай акадэмii навук Беларусi. Серыя фiзiка-тэхнiчных навук. – 2018. – Т. 63, № 1. – С. 43–52. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2018-63-1-43-52Kachanov I. V., Vlasov V. V. Optimization of the power mode at the high-speed shock-sleeping of bimetallic planestage rod products. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya fizika-tekhnichnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series, 2018, vol. 63, no. 1, pp. 43–52 (in Russian). https://doi.org/10.29235/1561-8358-2018-63-1-43-52

The authors declare that there are no conflicts of interest present.