CC BY
15
УДК 621.983.3
АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЯ КРИТЕРИЯ ПЛАСТИЧНОСТИ ПРИ РОТАЦИОННОЙ ВЫТЯЖКЕ
А.И. Вальтер, Д.В. Юрков
Приведены результаты анализа предельной степени деформации на основе прочности стенки деформированной части заготовки. Установлена зависимость изменения этого параметра от величины осевой подачи инструмента. Определена оптимальная область назначения основных технологических параметров процесса для достижения максимальной степени деформации без разрушения заготовки.
Ключевые слова: ротационная вытяжка, предельная степень деформации, критерий пластичности.
Исследование процесса ротационной вытяжки (РВ) цилиндрических деталей позволили выявить оптимальные технологические параметры обработки, обеспечивающие заданную шероховатость поверхности и точность геометрической формы. Однако, широкое внедрение процесса в производство с использованием элементов САПР сдерживается из-за ограниченной информации о деформируемости металла при локальном приложении нагрузки давильным элементом в виде расчетных моделей, приспособленных для их структурирования в вычислительные алгоритмы.
Определение предельной степени утонения заготовки без промежуточной термообработки является важным параметром технологического процесса РВ. Предельная степень утонения может лимитироваться прочностью стенки продеформированной части заготовки. При исследовании напряженно-деформированного состояния заготовки МКЭ в процессе деформации было установлено наличие значительных осевых растягивающих напряжений в материале заготовки сразу за давильным элементом, т.е. на выходе материала из пластической зоны. Превышение этими напряжениями предела прочности материала приводит к отрыву дна заготовки в процессе деформации. Кроме того, следует учитывать и тангенциальные касательные напряжения, вызывающие скручивание заготовки.
Исходя из вышеизложенного, условие повреждения заготовки будет описано уравнением:
О и £о в, (1)
где ои - интенсивность напряжений, ов - предел прочности материала.
о и =О и I1 + 5), е и = 5
1 +5-
V 3 ,
(1 + 5)
(2)
где ОI - экспериментально определенное значение условного напряжения; 5 = ЕЗи - относительное удлинение, найденное из эксперимента.
При выводе уравнения (2), пренебрегаем упругим изменением объема в пластической области. Следует отметить, что поправка к деформации (2) незначительна, например, при деформации 0,32 она составляет 0,008 или 2,6 %, поэтому учитывая невысокую точность при снятии диаграммы упрочнения, ей можно пренебречь и сохранить только линейную поправку к нагружению.
Используя результаты расчета напряженно-деформированного состояния по методике, базирующейся на применении упругопластической модели материала с применением МКЭ [1], определяем наличие конечных элементов, интенсивность напряжений в которых превышает предел прочности материала. Здесь же определяется интенсивность деформаций еи для данного напряженного состояния конечного элемента.
На каждом шаге нагружения проводится поиск конечных элементов, для которых выполняется условие (1). Наличие таких элементов указывает на нарушение сплошности материала, а, следовательно, на разрушение.
На рис.1 приведены графики изменения предельной степени деформации (Ер), определённой из условия прочности стенки детали в зависимости от различных технологических факторов для двух материалов: стали 12Х18Н10Т и алюминиевого сплава
Д1.
£ , мм/об-► £ , мм/об-
а) б)
Рис. 1. Графики изменения предельной степени утонения Ер от осевой подачи /и относительной длины контакта рабочего профиля Ь/8о:
а-сталь 12Х18Н10Т; б-сплав Д1
Анализ графиков показывает, что предельная степень деформации снижается с уменьшением осевой подачи инструмента / и относительной длины контакта рабочего профиля давильного элемента Ь/Бо. Кроме того, характер изменения кривых близок для обоих материалов.
Используя методику работы [1] и результаты, полученные в работе [2] было проведено сравнение двух расчетов по определению предельно допустимой степени формоизменения, в пределах которой не произойдет разрушения заготовки. Форма и размеры этой области зависят от следующих основных технологических параметров: это величина скорости осевого перемещения инструмента / и относительная длина контакта рабочего профиля давильного элемента Ь/Боо.
Графики изменения предельной степени деформации в зависимости от указанных параметров для исследуемых материалов представлены на рис. 2 и 3.
О 0.2 0.4 0.6 0.8 0 ^ац 0.2 0.4 0.6 0.8
£ , мм/об-► £ , мм/об-►
а) б)
Рис. 2. Графики изменения предельной степени утонения Ер от осевой подачи/ при Ь/8о = 2: а-сталь 12Х18Н10Т; б-сплав Д1; 1 - по критерию пластичности;
2 - по критерию прочности стенки
О 0.2 fpail0.4 0.6 0.8 0 fpaq0.2 0.4 0.6 0.8
f , мм/об-И- f мм/об-*■
а) б)
Рис. 3. Графики изменения предельной степени утонения Ер от осевой подачи f при L/So = 4: а-сталь 12Х18Н10Т; б-сплав Д1; 1 - по критерию пластичности;
2 - по критерию прочности стенки
Выводы:
1. Анализ полученных графических зависимостей позволяет определить рациональные значения указанных технологических параметров, при которых достижима максимальная предельная степень формоизменения.
2. Теоретические результаты расчета предельной степени деформирования и область рациональных значений технологических параметров хорошо согласуются и с результатами экспериментов. На графиках видно, что значения предельной степени деформации, полученные из опытов в зависимости от соответствующих значений технологических параметров, находятся в пределах оптимальной области.
Список литературы
1. Баранов А. А., Вальтер А.И., Коротков В. А., Юдин Л.Г. Ротационная вытяжка оболочек / А.А. Баранов, А.И. Вальтер, В.А. Коротков, Л.Г. Юдин. Тула: Машиностроение -1, 2005. 280 с.
2. Вальтер А.И., Алексеев Н.Н. Определение степени использования ресурса пластичности при ротационной вытяжке // Исследования в области теории, технологии и оборудования штамповочного производства. Тула, 1990. С. 64-68.
3. Наумов Д.М., Вальтер А.И. Моделирование процесса ротационной вытяжки с утонением методом конечных элементов // Известия Тульского государственного университета, 2011. Вып. 5. Ч. 3. С. 139-147.
Вальтер Александр Игоревич, д-р техн. наук, профессор, valter.alekarambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Юрков Дмитрий Владимирович, аспирант, valter.alek@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS OF CHANGES IN PLASTICITY CRITERIA WITH ROTA TING EXTRACT
A.I. Valter, D.I. Yurkov
The results of the analysis of the maximum degree of deformation based on the strength of the wall of the deformed part of the workpiece. The dependence of the change of this parameter on the axial feed of the tool is established. The optimal destination area of the main process parameters to achieve the maximum degree of deformation without destruction of the workpiece is determined.
Key words: rotary extractor, the maximum degree of deformation, the plasticity criterion.
Valter Alexander Igorevich, doctor of technical sciences, professor, valter. alekaramhler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Yurkov Dmitri Vladimirovich, postgraduate, valter. alek a ramhler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.77.014
ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИИ ИНСТРУМЕНТА НА СИЛОВЫЕ РЕЖИМЫ ОБЪЕМНОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ В ЗАКРЫТОМ ШТАМПЕ
П.В. Романов
В данной работе было выполнено исследование, позволяющее выявить влияние геометрических характеристик ручья на силу процесса. Исследование выполнялось в программном комплексе 3Б моделирования QFORM. Результаты исследований будут представлены в виде рисунков с изображенными на них сечениями полученных деталей.
Ключевые слова: моделирование, ручей штампа, сила, напряжения, деформации, закрытая штамповка.
Формообразование заготовок объемной штамповкой основывается на пластической деформации, т. е. на пластичности обрабатываемых металлов, позволяющей осуществлять существенные формоизменения заготовок без их разрушения. Наряду с высокой пластичностью при обработке давлением стремятся получить возможно меньшее сопротивление деформированию. Повышение температуры значительно уменьшает эту характеристику деформируемого металла, поэтому его перед штамповкой нагревают.
При горячей объемной штамповке формообразование происходит в полости ручья штампа, на различных видах оборудования (паровоздушных штамповочных молотах, кривошипных горячештамповочных, фрикционных и гидравлических прессах, го-ризонтальноковочных машинах, специальном оборудовании и т.п.).
На машиностроительных заводах широкое распространение получают прогрессивные технологические методы штамповки на молотах, кривошипных горячештампо-вочных прессах и горизонтально - ковочных машинах.
Наиболее перспективным методом получения поковок, позволяющим достичь максимальной экономии материала и сокращения штучного времени, является штамповка в закрытых штампах. Но технология штамповки в закрытых штампах требует тщательной подготовки и детальных расчетов, позволяющих избежать возможный перегруз применяемого оборудования и появления дефектов в поковках.
В связи с этим, используя программный комплекс ОБОКМ, был просчитан технологический процесс изготовления детали типа «Стакан». В качестве оборудования использовался пресс силой 50 МН. Для смазки в условиях горячей обработки применяется жидкое стекло. Материалом инструмента была сталь 5ХНМ.
На рис. 1 представлены схемы инструмента до и после штамповки.
