CC BY
35
лев, С.П. Яковлев, В.Н. Чудин, В.И. Трегубов, А.В. Черняев / под ред. С.С. Яковлева. М.: Машиностроение, 2009. 412 с.
2. Малинин Н.Н. Ползучесть в обработке металлов. М.: Машиностроение, 1986. 216 с.
3. Яковлев С.П., Яковлев С.С., Андрейченко В.А. Обработка давлением анизотропных материалов. Кишинев: Квант. 1997. 331 с.
4. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1968. 283 с.
S.S. Yakovlev, V.I. Platonov, A.V. Tchernyaev
MATHEMATICAL MODEL OF THE EXTRACT WITH UTONENY OF ANISOTROPIC MATERIALS IN THE MAPLE CHANNEL IN THE MODE OF SHORT-TERM CREEP
The mathematical model of an isothermal extract with an utoneniye of an anisotropic material is given in the maple channel in a mode of short-term creep. The strained and deformed conditions, power modes of operation are estimated.
Key words: anisotropy, short-term creep, maple suited, an extract with an utoneniye, deformation, tension, force, damageability, speed of deformation, temperature.
Получено 24.08.12
УДК 621.7, 539.3
О.А. Ткач, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-18-32, tkachoa@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
А.Н. Пасько, д-р техн. наук, доц., (4872) 35-18-32, tm@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
Л.П. Семенова, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-18-32, tm@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОСАДКИ КОЛЬЦА В КОЛЬЦЕВУЮ МАТРИЦУ БЕЗ ОПРАВКИ
Представлены результаты исследования напряженно-деформированного состояния кольцевой заготовки при осадке в кольцевую матрицу без оправки. Математическая модель строилась на использование трехмерных конечных элементов.
Ключевые слова: осадка, напряженно-деформированное состояние, трехмерное моделирование.
На современном этапе развития науки и техники моделирование различных процессов деформирования в обработке металлов давлением (ОМД) имеет принципиальное значение. Оно дает возможность рассмотреть все особенности процесса, оценить возникающее напряженно-
деформированное состояние материала заготовки, предсказать появление дефектов. Также применение моделей при исследовании процессов ОМД позволяет выявить оптимальные параметры инструмента и заготовки для наилучшего протекания процесса, исследовать имеющиеся технологии и разрабатывать новые. При этом положительным моментом является тот факт, что этап экспериментального исследования можно исключить, что позволяет значительно сократить экономические и временные затраты.
Наибольшее распространение на данном этапе получают математические модели, основанные на применении трехмерных конечных элементов. Они отличаются большей «информативностью», а также адекватно позволяют путем варьирования различных геометрических и технологических параметров процесса находить оптимальные условия деформирования для снижения технологической силы, однородного распределения накопленной деформации и температуры.
На базе разработанной трехмерной математической модели проводилось исследование напряженно-деформированного состояния кольцевой заготовки при осадке в кольцевую матрицу без оправки. Рассматривались образцы из стали ШХ15 размерами D = 50 мм, ¿/ = 10 мм, /7 = 10 мм. Варьировался зазор полости матрицы А = 5,10,15 мм и коэффициент трения (1 = 0,3; 0,4. Степень осадки принималась равной 50 %. Операция проводилась в гидравлическом прессе номинальным усилием 50 МН. В ходе деформирования материал заготовки перемещается в радиальном направлении, формируя фланец заготовки, а в осевом - в зазор полости кольцевой матрицы, формируя ступицу переменного диаметра.
Геометрия заготовки и инструмента моделировались с использованием CAD системы, материал заготовки, вид оборудования и вид смазки (коэффициент трения) выбирались из базы данных, процессы в инструменте не моделировались.
Рассматривалась кинематика течения материала в ходе реализации процесса (рис. 1). Течение материала носит неоднозначный характер, так как часть объема заготовки перемещается в радиальном направлении, а другая смещается в осевом, образуя ступицу поковки. Таким образом, выделяется явная граница разделения течения материала, распространяющаяся от радиуса полости матрицы к торцу заготовки. Такая картина течения аналогична рассмотренной при исследовании процесса осадки втулки с фланцем [1].
Рис. 1. Кинематика течения металла
Анализ деформационных характеристик процесса (рис. 2, а) показал, что их значения в радиальном направлении превышают осевые в 5 - 7 раз. А наибольшие величины степени деформации сосредоточены на радиусе полости матрицы, который служит границей раздела течения металла. Здесь реализуются деформационные характеристики, превышающие радиальные в 1,4 - 3,6 раза.
а б
Рис. 2. Напряженно-деформированное состояние заготовки (степень осадки по высоте 50 %): а - деформационные характеристики; б - интенсивность напряжений
Похожая картина наблюдается и для интенсивности напряжений (см. рис. 2, б). Наименьшие значения соответствуют области формирования ступицы заготовки и составляют 730 - 850 МПа. В области формирования фланца эти значения возрастают до 1050 - 1150 МПа. А максимум интенсивности напряжений соответствует радиусу полости матрицы и составляет 1200 - 1250 МПа.
Для сравнения ниже приведены графики изменения интенсивности напряжений (рис. 3) в элементах на внешней (1) и внутренней (2) поверхности заготовки.
МПа
/
2
с
Рис. 3. Графики изменения интенсивности напряжений: 1 - на внешней поверхности заготовки; 2 - на внутренней поверхности заготовки
Графики носят возрастающий характер, при этом на внешней поверхности наблюдается более интенсивный рост исследуемого параметра. Численно на внешней поверхности заготовки реализуются значения интенсивности напряжений в 1,1 - 1,9 раза большие, чем на внутренней.
Силовые характеристики процесса представлены графиками зависимости нагрузки Р от времени I (рис. 4).
Их анализ показал, что наиболее энергоемким является процесс осадки кольцевой заготовки в кольцевую матрицу с величиной зазора полости матрицы А = 5 мм, с увеличением значения данного параметра происходит снижение потребной силы деформирования.
Рис. 4. Зависимость технологической нагрузки от времени процесса: 1 - А = 5 мм, 2 - А = 10 мм, 3 - А = 15 мм
Изменение коэффициента трения с ju = 0,3 до jii = 0,4 оказывает незначительное влияние на силовые характеристики процесса.
Исследования проводились в рамках гранта РФФИ 10-01-97507-рцентра.
Список литературы
1. Кухарь В.Д., Ткач O.A. Осадка кольца в матрицу различной геометрии // Заготовительные производства в машиностроении. 2011. №1. С. 10-25.
2. Кухарь В.Д., Пасько А.И., Ткач O.A. Оценка влияния технологических параметров на силовые характеристики процесса осадки кольца //
КШП ОМД. 2010. № 9. С. 9 - 19.
O.A. Tkach, A.N. Pasko, L.P. Semenova
NUMERICAL RESEARCH RING PRECIPITATION IN THE RING MATRIX WITHOUT THE MANDREL
Results of research of a napryazhennodeformirovanny condition of ring preparation are presented at a deposit in a ring matrix without a mandrel. The mathematical model was under construction on use of three-dimensional final elements.
Key words: deposit, napryazhennodeformirovanny condition, three-dimensional modeling.
Получено 24.08.12
УДК 539.3
В.Д. Кухарь, д-р. техн. наук, проф., проректор, (4872)35-18-32, Vladimir.D.Kuchar@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ), А.Е. Киреева, канд. техн. наук, доц., (4872)35-18-32, kirealena@yandex.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ СПИРАЛИ ИНДУКТОРА НА ПРОЦЕСС ОБЖИМА ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЗАГОТОВКИ
В работе представлены исследования влияния индуктора на процесс обжима цилиндрической заготовки. Приведены методика по определению оптимальной формы спирали индуктора.
Ключевые слова: индуктор, математическая модель, заготовка, обжим.
Эффективность любой технологической операции магнитно-импульсной обработки металлов определяется геометрическими размерами и конструкцией индуктора. Для обеспечения нормальной работы индукторов, повышения срока их службы необходимо выбирать оптимальную форму профиля сечения витка спирали индуктора, при которой реализуется равномерное распределение импульсного тока по его рабочей поверхности.
В работе [3] экспериментально доказано, что на эффективность процесса магнитно-импульсной обработки существенное влияние оказывает не только количество витков спирали индуктора и их геометрия, но и форма спирали индуктора. В частности для операции обжим трубчатых заготовок наиболее эффективным оказался индуктор- концентратор магнитного поля, в котором за счет геометрии спирали индуктора осуществляется
