CC BY
12
Архипцев Антон Сергеевич, студент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
INFLUENCE OF THE SEQUENCE OF TRANSITIONS UNDER EXTRACT WITH LOCAL DROP ON POWER PARAMETERS AND STRESSED-DEFORMABLE CONDITION
V.A. Korotkov, I.A. Chizhov, A.S. Arkhiptsev
A study was made of the influence of the sequence of transitions during drawing with local thinning in matrices with different numbers of wedge protrusions on the force parameters, intensity of stresses and strains. Completed computer simulation in the QForm software package.
Key words: sequence of extracts, stretching with local thinning, stress intensity, strain intensity, wedge protrusions, technological force, severe plastic deformation, QForm, stretch transitions.
Korotkov Viktor Anatolievich, candidate of technical science, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Chizhov Ivan Alekseevich, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Arkhiptsev Anton Sergeevich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.983
ДЕФОРМАЦИОННЫЕ И СИЛОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРИ НЕРАВНОМЕРНОМ УТОНЕНИИ СТЕНКИ ЗАГОТОВКИ
С. С. Яковлев (мл)
Произведено компьютерное моделирование в программном комплексе QForm для исследования вытяжки с неравномерным утонением стенки заготовки. Приведены силовые параметры, а также интенсивности напряжений и интенсивности деформаций.
Ключевые слова: вытяжка с утонением, неравномерное утонение интенсивность напряжений, интенсивность деформаций, высота клиновых выступов, технологическая сила, интенсивная пластическая деформация, QForm.
Немаловажным в современной промышленности является изготовление деталей с высокими прочностными характеристиками, в частности деталей типа стакан. Большинство таких деталей выполняется ротационной вытяжкой, однако существует ряд недостатков этой технологии, например, низкая производительность. Поэтому целесообразно изготавливать такие детали иными методами, со схожим конечным результатом,
511
такой технологией является вытяжка с локальным утонением стенки через матрицы с клиновыми выступами по периметру рабочего пояска. Известен способ вытяжки с интенсивной пластической деформацией стенки, позволяющий получать цилиндрические оболочки с требуемыми эксплуатационными характеристиками [1].
При использовании этой технологии реализуется вытяжка с локальным утонением стенки, что приводит к значительному росту интенсивно-стей напряжений, и как следствие к большим значениям сдвиговых деформаций, вследствии которых улучшаются прочностные характеристики готового изделия [2].
В данном исследовании будут рассматриваться силовые параметры, величины интенсивности напряжений и деформаций при неравномерном утонении стенки заготовки в ходе вытяжки с утонением.
Моделирование производилось с использованием матриц (рис. 1) с различным диаметров рабочего пояска по впадинам (р2)'. 33 мм, 34 мм, 35 мм и 36 мм, и постоянным их числом (16 выступов). Диаметр рабочего пояска матрицы по выступам составлял во всех случаях 32 мм (Ог). Толщина стенки заготовки - 3 мм, наружный диаметр 36 мм. Материал заготовки -сталь 10. Материал принимался изотропным, со следующими значениями механических свойств при температуре 20 С: предел прочности ав = 370 МПа, относительное удлинение 8 = 34%. Таким образом, коэффициенты утонения стенки составляли по впадинам рабочего пояска матрицы ш5ВП = 0,5, 0,66 и 0,83, а по выступам ш5ВЫС = 0,33. Неравномерность
?Пр ТЭТТ ?П С у* УЧ л
утонения у =-X 100 составила соответственно
вп
у = 34, 50 и 60,2%, тогда как при локальном утонении 6 = 67%.
Рис. 1. Матрица для вытяжки с локальным утонением стенки заготовки
Интенсивность напряжений и деформаций определялись всегда в середине толщины стенки заготовки в месте наибольшего (Р0) и наименьшего (Р1) утонения стенки (рис. 2).
Рис. 2. Расположение трассируемых точек
На основании данных, полученных в результате проведенного моделирования, были построены графики силы, интенсивности напряжений и деформаций, представленные на рис. 3, 5 и 6.
Рис. 3. Графики изменения технологической силы при вытяжке с неравномерным утонением стенки заготовки в зависимости от максимальной величины диаметра Э2 рабочего пояска матрицы
На основании графика (рис. 3) была определена зависимость максимальной технологической силы от величины максимального диаметра /)2 рабочего пояска матрицы.
-33 мм
34 мм
35 мм
36 мм
х
. 100
л е;
и к л
X и 01
т |_
О е;
0
1
X 01
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Перемещение пуансона, мм
105
33 34 35 36
Диаметр по впадине (Ог), мм
Рис. 4. Изменение технологической силы вытяжки с неравномерным утонением в зависимости от максимального диаметра рабочего
пояска матрицы
513
Из графика (рис. 4) видно, что с увеличением диаметра рабочего пояска матрицы, уменьшается и технологическая сила вытяжки, в связи с уменьшением площади деформируемых участков. Так, с увеличением диметра /)2 с 33 мм до 35 мм, максимальная технологическая сила уменьшается со 100 кН до 86 кН, т.е. примерно на 14%. Формоизменение в случаях, когда /)2 = 33 и 34 мм, происходило дольше в связи с наибольшим утонением стенки заготовки, вследствии которого увеличивается высота детали.
600
(б
л С 550
н и о § >5 500
I
<0 450
I
и I 01 н I 01 X 400
к о. 350
X с (б I 300
О 5 10 15 20 25 30 35 40
Перемещение пуансона, мм
-Р0 -Р1
а
600
та
.о С 550
н
п >5 500
т
ш 4М)
I
и I 01 н I 01 * 400
к о. 350
X та х 300
О 5 10 15 20 25 30 35 40
Перемещение пуансона, мм
-Р0 -Р1
б
Перемещение пуансона, мм -Р0 -Р1
в
Рис. 5. Графики интенсивности напряжений при вытяжке с неравномерным утонением в зависимости от диаметра Э2 по впадине рабочего пояска матрицы: а-33 мм; 6-34 мм; в-35 мм
При использовании матриц с различными диаметрами /)2 максимальное значение интенсивности напряжений наблюдалось в вершинах выступов матриц (точки Р1), причем наибольшее значение интенсивности напряжений имело место для матрицы, в которой /)2 = 33 мм. Во впадинах (точки Р1) интенсивности напряжений меньше, чем в точках РО. При этом разность интенсивностей напряжений в точках РО и Р1 увеличивается с ростом диаметра /)2 и возрастает неоднородность поля напряжений.
Перемещение пуансона, мм -РО -Р1
а
Перемещение пуансона, мм -РО -Р1
б
-РО -Р1
в
Рис. 6. Графики интенсивности деформаций при вытяжке с неравномерным утонением в зависимости от диаметра D2 по впадине рабочего пояска матрицы: а-33 мм, 6-34 мм, в-35 мм
515
Из графиков (рис. 6) видно, что интенсивность деформаций принимает максимальную величину в направлении выступов матрицы, причём эта величина возрастает с уменьшением диаметра /)2. В направлении впадин рабочего пояска матрицы интенсивность деформации всегда меньше, чем в направлении выступов и разность интенсивностей деформаций по выступу и впадине увеличивается с ростом диаметра /)2. Это приводит к росту неоднородности поля интенсивности деформаций.
Неоднородность полей интенсивности напряжений на локальных участках заготовки характеризуется показателем неоднородности:
тах ^¿7шп)Ю0%
= ~71-—-ТТГ" < С1)
iPi max min)/^
где <Ji тах и (jj min - соответственно максимальное и минимальное значение интенсивности напряжения.
А неоднородность полей интенсивности деформаций характеризуется показателем:
. (^t max — £imi7i)100% A£i = —-~-' (2)
(^t max ^¿min)/2
где £j тах и £j min - соответственно максимальное и минимальное значение интенсивности напряжения.
Результаты анализа графиков приведены в таблице.
Максимальные значения интенсивности напряжения и интенсивности деформаций в точка Р1 и РО
Диаметр D2, мм Деформации е Напряжения о, МПа
Точка Р1 Точка РО Показатель неоднородности, % Точка Р1 Точка Р0 Показатель неоднородности, %
33 0,96 1,13 16,3 587 598 1,9
34 0,79 0,95 18,4 571 590 3,3
35 0,6 0,95 45 560 588 4,9
36 0,6 0,82 31 540 578 6,8
Имея сведения о механических свойствах металла по результатам испытания на растяжение, можно определить изменение интенсивности напряжений и деформаций по выступу и впадине рабочего пояска матрицы, которые могут быть учтены для различных геометрических размеров деталей, получаемых по способу [1].
Для этого были использованы относительные величины интенсивности напряжений = и интенсивности деформаций = Где <гв
- предел прочности материала, 6 - относительное удлинение при испытаниях на растяжение.
По результатам компьютерного моделирования и механическим свойствам материала были получены графики изменения относительной интенсивности напряжений ~о[ и деформаций в зависимости от неравномерности утонения стенки заготовки по периметру (рис. 8).
>5 610
600
I
01
X 590
к
о. с 580
(б
I л (б С 570
н §
и о 560
I
<0 550
и
I 01 540
н
I X 530
33 34 35
Диаметр 02, мм
■РО Р1
36
а
б
Рис. 7. Графики изменения: а - интенсивности напряжений, б - интенсивности деформаций от максимального значения диаметра
рабочего пояска матрицы
1,65
34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67
Неравномерность утонения стенки по периметру, %
34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67
Неравномерность утонения стенки по периметру, %
■РО
Р1
■РО
Р1
а б
Рис. 8. Графики изменения относительной интенсивности напряжений (а) и деформаций (б) в зависимости от неравномерности утонения стенки заготовки по периметру
А также были получены графики неоднородности относительной интенсивности напряжений ~о[ и деформаций в зависимости от неравномерности утонения стенки заготовки по периметру (рис. 9).
Относительная интенсивность деформаций
Относительная интенсивность напряжений
Рис. 9. Графики изменения неоднородности относительной интенсивности напряжений ô~i и деформаций Щ в зависимости от неравномерности утонения стенки заготовки по периметру
Результаты проведенных исследований позволяют определить технологические режимы вытяжки с интенсивной пластической деформацией, при которых возникает требуемая неоднородность деформаций от которой во многом зависят эксплуатационные характеристики получаемого изде-
Выводы:
1. С увеличением неравномерности утонения стенки по периметру линейно уменьшаются силовые параметры.
2. Установлено, что на неоднородность интенсивности напряжений и деформаций значительное влияние оказывает неравномерность утонения стенки по периметру.
3. Наибольшее значение неоднородности деформаций имеет место при неравномерности утонения стенки равное 60%.
Список литературы
1. Способ вытяжки с интенсивной пластической деформацией и устройство для его осуществления : Патент РФ №2638720 /кл. B21D 22/20 / Коротков В.А., Ларин С.Н., Яковлев С.С // опубл. 15.12. 2017. Бюл. №35.
2. Яковлев С.С., Коротков В.А. Определение влияния рабочего профиля матрицы, создающего переменный зазор при вытяжке с утонением на увеличение сдвиговых деформаций // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2017. Вып. 3. С. 70-77.
Яковлев Сергей Сергеевич, студент, mpf-tula(ci>„гambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
51,5
Неравномерность утонения стенки по периметру, %
DEFORMATION AND POWER PARAMETERS AT UNEVEN THINNING OF THE WALL OF PREPARATION
S.S. Yakovlev
Computer modeling in the program QForm complex is made for an extract research with uneven thinning of a wall ofpreparation. Power parameters and also intensity of tension and intensity of deformations are specified.
Key words: an extract with thinning, uneven thinning intensity of tension, intensity of deformations, height of wedge ledges, technological force, intensive plastic deformation, QForm.
Yakovlev Sergey Sergeevich, student, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.983
ВЛИЯНИЕ УГЛА ПОДЪЁМА КЛИНОВЫХ СПИРАЛЬНЫХ ВЫСТУПОВ МАТРИЦЫ НА СИЛОВЫЕ И ДЕФОРМАЦИОННЫЕ ПАРАМЕТРЫ ВЫТЯЖКИ С ЛОКАЛЬНЫМ УТОНЕНИЕМ
И.А. Чижов
Выполнено компьютерное моделирование процесса вытяжки с локальным утонением стенки заготовки в матрице с многозаходными спиральными выступами по периметру рабочего пояска. Выполнен анализ влияния угла подъёма спиральных клиновых выступов матрицы на величины технологической силы, интенсивности напряжений и интенсивности деформаций.
Ключевые слова: интенсивность напряжений, интенсивность деформаций, технологическая сила, компьютерное моделирование, спиральные клиновые выступы, угол подъёма, рифля, внешняя поверхность цилиндрической оболочки.
Для получения на внешней поверхности цилиндрической оболочки сетки рифлей (рис. 1) возможно применение вытяжки с локальным утонением стенки через матрицы с многозаходными спиральными выступами на рабочей поверхности, имеющими угол подъёма спирали с противоположным направлением в каждой матрице [1,2]. В процессе вытяжки обеспечивается поворот пуансона с цилиндрической оболочкой или матрицы.
В этом случае реализуется локальное утонение стенки заготовки за счет многозаходных спиральных выступов клиновидной формы, которые создают локальную деформацию в процессе формоизменения. Интерес представляет влияние угла подъема спирального выступа на величины интенсивности напряжений и деформаций при прохождении через матрицу на первой операции вытяжки.
