CC BY
85
УДК 621.777.4.011.014.016.3
АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОЦЕССА КОМБИНИРОВАННОГО ХОЛОДНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
Г.М. Журавлев, Т.Ч. Нгуен
Проведен анализ операции комбинированного холодного выдавливания, построенный на использовании метода конечного элемента с помощью программы DEFORM 3D, позволяющего получать напряженно-деформированного состояния.
Ключевые слова: комбинированное холодное выдавливание, напряженно-деформированное состояние, метод конечных элементов.
Одним из наиболее перспективных методов изготовления тубы является комбинированное выдавливание. Процесс комбинированного выдавливания имеет две характерные стадии: запрессовка и выдавливание, которые можно разделить на три этапа:
- начальный этап, когда происходит запрессовка заготовки и при этом резко возрастает технологическая сила;
- основной этап установившегося течения металла, на котором происходит плавное падение силы выдавливания;
- заключительный этап, на котором заполнение сложной гравюры штампа происходит в основном за счёт инерционных сил, а сила выдавливания резко уменьшается.
В связи с этим исследования процесса целесообразно проводить с учетом его изменения во времени.
На основе разработанных конечно-элементных (КЭ) методик решения статических задач составлены соответствующие схемы алгоритмов и разработан программный комплекс для расчета технологических процессов ОМД протекающих в условиях объемной деформации при статическом нагружении с использованием многошагового метода.
Пакет прикладных программ имеет модульную структуру и состоит из трех основных частей: автоматизированной подготовки данных, непосредственного решения задачи и визуализации результатов расчетов в виде диаграмм, графиков, рисунков и т.п. Это позволяет облегчить и ускорить процесс подготовки и решения конкретной технологической задачи.
Приведем результаты численной апробации разработанного программного обеспечения для решения нижеуказанной задачи. Схема процесса комбинированного холодного выдавливания, КЭ модели заготовки приведена на рис. 1.
Размеры заготовки: диаметр кружка D = 39,8мм, толщина кружка
Ткр = 5мм, и инструмента: диаметр пуансона du = 39,66 мм, диаметр мат-
рицы dм = 40 мм. Материал кружка (Алюминиевый сплав А7 Гост 2163176) имеет следующие механические характеристики: плотность
3
р = 2730 кг / м , предел прочности ав = 70МПа, модуль упругости 70000МПа и коэффициент трения ктр = 0,08.
Было проведено пошаговое моделирование процесса комбинированного холодного выдавливания тубы в программном продукте ВЕБОИМ-ЗО. Принципиальная расчетная схема следующая. Заготовка рис. 2 разбивается на конечные элементы и выбраны три точки в разных зонах заготовки, для которых на характерных шагах процесса комбинированного выдавливания тубы проведен расчет напряженнодеформи-рованного состояния с визуализацией результатов при различных параметрах.
Рис. 1. Схема ударного холодного выдавливания
Рис. 2. Исходная заготовка
На пример, при степени деформации є = 0,96, скорости деформирования V = 0,3 м/с и коэффициенте контактного трения на инструменте //=0,08 интенсивность напряжения на шагах:
На шаге 74 интенсивность напряжения точки 1, аи = 6,1 МПа; интенсивность напряжения точки 2 аи = 5,5 МПа; интенсивность напряжения точки 3 аи = 36,3 МПа. На шаге 100 интенсивность напряжения точки 1, аи = 127 МПа; интенсивность напряжения точки 2, аи = 118 МПа; интенсивность напряжения точки 3 аи = 121 МПа. На шаге 128 интенсивность напряжения точки 1 аи = 91,4 МПа; интенсивность напряжения точки 2, аи = 119,4 МПа; интенсивность напряжения точки 3, аи = 132 МПа. На шаге 278, интенсивность напряжения точки 1, аи = 89,7 МПа; интенсивность напряжения точки 2 аи = 128,5 МПа; интенсивность напряжения точки 3 аи = 133,5 МПа. На шаге 429 интенсивность напряжения точки
1, аи = 28,7 МПа; интенсивность напряжения точки 2 аи = 120,4 МПа; интенсивность напряжения точки 3 аи = 110,2 МПа.
Рис. 3. Распределение напряжений в очаге деформации
Моделирование было проведено с наблюдением за точками, находящимися на контактной поверхности «пуансон-заготовка, матрица-заготовка». Результаты анализа показывают, что интенсивность напряжений в каждой точке различна. Максимальных значений интенсивность на-
пряжений достигает в контактной зоне «пуансон- заготовка» (точка 3), но по величине за все время процесса они не превышают предельных значений. Таким образом, можно сделать вывод, что проведение операции комбинированного выдавливания заготовки из алюминия А7 при данных технологических параметрах возможно.
Рассмотрим распределение интенсивности деформации в поперечном сечении тубы (рис. 4).
Шаг 74 Шаг 100
Интенсивность деформации єи (мм/мм) Интенсивность деформации еи (мм/мм)
Рис. 4. Распределение интенсивности деформации в поперечном
сечении тубы
На шаге 74 интенсивность деформации точки 1 еи = 0,374 мм/мм; точки 2 £и = 0,069 мм/мм; точки 3 £и = 0,15 мм/мм.
На шаге 100 интенсивность деформации точки 1 £и = 4,76 мм/мм;
точки 2 £и = 0,367 мм/мм; точки 3 еи = 0,43 мм/мм.
На шаге 128 интенсивность деформации точки 1 £и = 22,23 мм/мм; точки 2 £и = 0,56 мм/мм; точки 3 £и = 1,03 мм/мм.
На шаге 278 интенсивность деформации точки 1 £и = 127,32 мм/мм; точки 2 £и = 2,23 мм/мм; точки 3 еи = 5,37 мм/мм.
На шаге 429 интенсивность деформации точки 1 £и = 159 мм/мм; точки 2 £и = 4,36 мм/мм; точки 3 еи = 8,67 мм/мм.
Моделирование было проведено с наблюдением за точками, находящимися на контактной поверхности «пуансон-заготовка, матрица-заготовка». В целом распределение интенсивности деформации получается крайне неравномерным. Интенсивность деформации по всему сечению шейки повышается до величины 0,374... 159 (точка 1); 0,069...4,36 (точка 2); 0,15...8,67 (точка 3). Интенсивность деформации достигает максимальных значений 159 (точка 1).
Полученные результаты вычислений показывают, что предложенный подход моделирования в программном продукте «DEFORM-3D» подтверждает теоретические выводы и позволяет решать трехмерную задачу с анализом напряженно-деформированного состояния процесса комбинированного выдавливания. Сопоставляя полученные результаты для различных точек, можно определить пластическую неоднородность деформируемого материала.
Список литературы
1. Вдовин С.И., Методы расчета и проектирования на ЭВМ процессов штамповки листовых и профильных заготовок. М.: Машиностроение, 1998. 160 с.
2. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. М.: Мир, 1979. 392 с.
3. Оден Дж. Конечные элементы в нелинейной механике сплошных сред. М.: Мир, 2006. 464 с.
4. Андрейченко В.А., Юдина Л.Г., Яковлева С.П. Малоотходная, ресурсосберегающая технология штамповки. Кишинев, 1993. 240 с.
Журавлёв Геннадий Модестович, д-р техн. наук, проф.,
chuot_vang0984@yahoo. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Нгуен Тхань Чунг, аспирант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS OF STRESS-STRAIN STATE OF PROCESS COMBINED COLD EXTRUSION
G.M. Zhuravlev, T.C. Nguyen
The operation of combined cold extrusion, built on the use of the method of final elements using the program DEFORM 3D, which allows to receive the stress-strain state is analyzes.
Key words: Combined cold extrusion, stress-strain state, method of final elements.
Zhuravlev Gennady Modestovich, doctor of technical science, professor, chuot_vang0984@yahoo. com, Russia, Tula, Tula State University,
Nguyen Thanh Chung, postgraduate, chuot_vang0984@yahoo. com, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.777.44:539.3:517.9
ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ХОЛОДНОГО ОБРАТНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
К.М. Нгуен, В.Ф. Кузин
Рассмотрено влияние технологических параметров на силовые режимы холодного обратного выдавливания цилиндрической латунной заготовки методом конечных элементов.
Ключевые слова: степень деформации, сила деформации, обратное выдавливание, удельная сила, метод конечных элементов.
Метод конечных элементов (МКЭ) - численный метод решения задач прикладной механики. Широко используется для решения задач механики пластического формоизменения, механики деформируемого твёрдого тела, теплообмена, гидродинамики и электромагнитных полей.
С точки зрения вычислительной математики идея метода конечных элементов заключается в том, что минимизация функционала вариационной задачи осуществляется на совокупности функций, каждая из которых определена на своей подобласти, для численного анализа системы позволяет рассматривать его как одну из конкретных ветвей - общего метода исследования систем путём их расчленения. Возникновение метода конечных элементов связано с решением задач космических исследований в 1950-х годах (идея МКЭ была разработана советскими учёными ещё в 1936 году, но из-за неразвитости вычислительной техники метод не получил широкого использования), а также задач строительной механики и теории упругости.
DEFORM 3D - это программа моделирования холодной, горячей объемной штамповки, ковки, прессования, волочения, прокатки. Можно моделировать трехмерное пластическое течение материала заготовки в ин-
