CC BY
8
УДК 621.983
ДЕФОРМАЦИОННЫЕ И СИЛОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ВЫТЯЖКИ С ЛОКАЛЬНЫМ УТОНЕНИЕМ СТЕНКИ ЗАГОТОВКИ
С.С. Яковлев (мл), И.А. Чижов, A.C. Архипцев
Произведено компьютерное моделирование в программном комплексе OForm для исследования влияния высоты клинового выступа на силовые параметры, интенсивность напряжений, интенсивность деформаций и показатели неоднородности поля напряжений и деформаций при вытяжке с локальным утонением.
Ключевые слова: вытяжка с локальным утонением, интенсивность напряжений, интенсивность деформагцт, высота клиновых выступов, технологическая сила, интенсивная пластическая деформация, OForm.
Актуальной задачей в обработке металлов давлением является получение высокопрочных полых цилиндрических оболочек. В настоящее время такие детали в основном получаются ротационной вытяжкой, однако существует альтернативная, более производительная технология, такая как вытяжка с локальным утонением стенки в матрицах с выступами клиновой формы по периметру рабочего пояска [1].
В данном случае реализуется вытяжка с локальным утонением стенки, что приводит к значительным интенсивностям напряжений и как следствие, к большим значениям сдвиговых деформаций, в следствии которых улучшаются прочностные характеристики готового изделия [2].
Интерес представляет влияние высоты клинового выступа матрицы на силовые параметры, интенсивность напряжений и деформаций. Для этого было выполнено виртуальное компьютерное моделирование в универсальном комплексе QForm для расчета различных процессов ОМД.
В процессе моделирования использовались матрицы (рис. 1) с различной высотой клиновых выступов: 1 мм, 1,5 мм и 2 мм, и постоянным их числом (16 выступов). Толщина стенки заготовки - 3 мм, изготовленной из стали 10. Материал изотропный, деформируемый при нормальной температуре 20°С. Коэффициенты локального утонения стенки соответствовали коэффициентам утонения ms = 0,66,0,5и0,33.
Рис. 1. Матрица для вытяжки с локальным утонением
стенки заготовки
526
Интенсивность напряжений и деформаций определялись всегда в середине толщины заготовки в месте наибольшего (Р0) и наименьшего (Р1) утонения стенки (рис. 2).
Рис. 2. Расположение трассируемым точек
На основании данных, полученных после моделирования, были построены графики силы, интенсивности напряжений и деформаций, представленные на рис. 3, 5 и 6.
1 мм 1,5 мм
2 мм
30 35
Рис. 3. График изменения технологической силы при вытяжке с локальным утонением стенки заготовки в зависимости от высоты клинового выступа матрицы
График технологической силы подвергся обработке, в результате которой была определена зависимость технологической силы от высоты клинового выступа, при фиксированном перемещении пуансона (17 мм).
Рис. 4. Изменение технологической силы вытяжки с локальным утонением в зависимости от высоты клиновых выступов
527
(0 е;
и к
го *
и
<и X
I * ^
О е;
0
1
X 01
100 80 60 40
20
10 15 20 25
Перемещение пуансона, мм
0
0
5
Из графика (рис. 4) было установлено, что с увеличением высоты выступа, увеличивается и технологическая сила вытяжки, в связи с увеличением площади деформируемых участков. Так, с увеличением высоты выступов с 1 мм до 2 мм, максимальная технологическая сила возрастает с 41 кН до 78 кН, т.е. примерно на 90%.
-Р0 -Р1
а
-Р0 -Р1
б
спп
Интенсивность напряжений, МПа 3344556 о 1п о 1п о 1п с о о о о о о с
0
) 5 10 15 20 25 3 Перемещение пуансона, мм -Р0 -Р1
в
Рис. 5. Графики интенсивности напряжений в матрицах с разной высотой выступов: а -1 мм; б -1,5 мм; в - 2 мм
При использовании матриц с различными высотами выступов, максимальное значение интенсивности напряжений наблюдалось в вершинах выступов матриц (точки Р0), причем наибольшее значение интенсивности напряжений было в матрице, в которой высота выступов составляла 2 мм.
528
а н и 5 0,8
0 1 0,6
ш а. 0,4
I 01 ■Я 0,2
н I X 01 Ч 0
а н и >5 0,8
0 1 0,6
ш а. 0,4
I 01 ■Я 0,2
н I X 01 0
а н и >5 0,8
0 1 га 0,6
<0 и Ш а. 0,4
I 01 Я 0,2
н I X 01 Ч 0
10 15 20
Перемещение пуансона, мм
-Р0 -Р1
а
25
30
10 15 20
Перемещение пуансона, мм
-Р0 -Р1
б
25
30
10 15 20
Перемещение пуансона, мм
-Р0 -Р1
в
25
30
Рис. 6. Графики интенсивности деформаций в матрицах с разной высотой выступов: а-1 мм; 6-1,5мм; в-2мм
Неоднородность полей интенсивности напряжений на локальных участках заготовки характеризуется показателем неоднородности:
тах 7шп)Ю0%
= ""71-—-77^" < С1)
(РЬтах тт)/^
где (71 тах и <71 т1П - соответственно максимальное и минимальное значение интенсивности напряжений.
А неоднородность полей интенсивности деформаций характеризуется показателем:
• шах — £17шп)Ю0%
А£1 = -Г7-77т ' (2)
тах тпт 529
где £1 тах и £[ т1П - соответственно максимальное и минимальное значение интенсивности напряжения
Результаты анализа графиков приведены в таблице.
Значения интенсивности напряжения и интенсивности деформаций в точка Р1 и РО в зависимости от высоты выступов матрицы при фиксированном перемещении пуансона (17 мм)
Высота выступов, мм Деформации е Напряжения о, МПа
Точка Р1 Точка Р0 Показатель неоднородности, % Точка Р1 Точка Р0 Показатель неоднородности, %
1 0,26 0,36 32,3 471 496 5,2
1,5 0,4 0,5 22,2 512 534 4,2
2 0,6 0,82 31 540 578 6,8
1 1,5 2
Высота выступов, мм
1 1,5 2
Высота выступов, мм
чо
н и
0
1
ч о о.
0
1
ч
0
01
I &
е; 01 н (б со (б X
о
■РО
Р1
■РО
Р1
1 1,5 2
Высота выступов, мм
деформация ■^—напряжения
а
б
в
Рис. 7. Графики изменения: а - интенсивности напряжений, б - интенсивности деформаций, в - показателей неоднородности интенсивности напряжений и деформаций от высоты выступов
Максимальное значение интенсивности деформаций наблюдалось в вершинах выступов матриц (точки РО), причем наибольшее значение интенсивности напряжений имело место для матрицы, в которой высота выступов составляла 2 мм.
Из графиков следует, что во всех матрицах с различной высотой выступов наблюдается неоднородность интенсивности напряжений и деформаций, причем максимальное значение неоднородности наблюдается при использовании матриц с высотой клиновых выступов 1 мм (т3 = 0,66) и 2 мм (т5 = 0,33).
При дальнейшем формоизменении полученного полуфабриката в матрице с рабочим пояском, не имеющим выступов, была получена деталь в соответствии с техническими требованиями по размерам и форме, но при интенсивной пластической деформации.
Выводы:
1. С увеличением высоты выступов матрицы, находящихся по периметру рабочего пояска, пропорционально возрастает и технологическая сила, что следует учитывать в технологических расчетах;
2. С увеличением высоты выступов матрицы пропорционально увеличивается и интенсивность деформаций, и интенсивность напряжений;
3. Возникает неоднородность интенсивности напряжений, что приводит к увеличению неоднородности интенсивности деформаций, в следствии которых увеличиваются сдвиговые деформации и улучшаются прочностные характеристики готового изделия.
Список литературы
1. Способ вытяжки с интенсивной пластической деформацией и устройство для его осуществления. Патент РФ №2638720 / кл. В21Б 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@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Чижов Иван Алексеевич, студент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Архипцев Антон Сергеевич, студент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
DEFORMATIONAND POWER PARAMETERS UNDER VARIOUS CONDITIONS OF THE EXTRACT WITH LOCAL THINNING OF THE WALL OF PREPARATION
S.S. Yakovlev, I.A. Chizhov, A.S. Arkhiptsev
Computer modeling in the program QForm complex is made for a research of influence of height of a wedge ledge on power parameters, intensity of tension, intensity of deformations and indicators of heterogeneity of the field of tension and deformations at an extract with local thinning.
Key words: an extract with local thinning, intensity of tension, intensity of deformations, height of wedge ledges, technological force, intensive plastic deformation, QForm.
Yakovlev Sergey Sergeevich, student, mpf-tnlaarcmihler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Chizhov Ivan Alekseevich, student, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Arkhiptsev Anton Sergeevich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.983
ВЫТЯЖКА С ЛОКАЛЬНЫМ УТОНЕНИЕМ СТЕНКИ В МАТРИЦЕ С РАЗЛИЧНЫМ ЧИСЛОМ МНОГОЗАХОДНЫХ СПИРАЛЬНЫХ ВЫСТУПОВ КЛИНОВИДНОЙ ФОРМЫ
А. С. Архипцев
Произведено компьютерное моделирование процесса вытяжки с локальным утонением стенки заготовки в матрице с многозаходными спиральными выступами клиновидной формы по периметру рабочего пояска. Выполнен анализ влияния числа спиральных выступов при фиксированном угле подъёма на величины технологической силы, интенсивности напряжений и интенсивности деформаций.
Ключевые слова: интенсивность напряжений, интенсивность деформаций, технологическая сила, компьютерное моделирование, спиральные выступы клиновидной формы, рифля, внешняя поверхность цилиндрической оболочки.
Одним из способов получения на внешней поверхности цилиндрической полой заготовки, имеющей дно, сетки рифлей (рис. 1) является вытяжка с локальным утонением стенки через матрицы с многозаходными спиральными выступами на рабочей поверхности. Формоизменение происходит в двух матрицах, углы подъема выступов которых направлены в противоположенные стороны [1,2]. В процессе вытяжки обеспечивается поворот пуансона с цилиндрической оболочкой, или матрицы.
При данных условиях происходит локальное утонение стенки заготовки за счет многозаходных спиральных клиновых выступов и возникает очаг локальной деформации в стенках полой заготовки и одновременный поворот её вместе с пуансоном вокруг оси. В статье рассматривается влияние числа многозаходных спиральных выступов на технологическую силу, интенсивность напряжений и деформаций на первой операции вытяжки при фиксированным угле подъёма спирального выступа.
При исследовании влияния числа спиральных выступов на рабочем пояске матрицы на технологическую силу, интенсивности напряжений и интенсивность деформаций было проведено компьютерное моделирование процесса вытяжки с локальным утонением стенки заготовки в универсальном комплексе QForm 7, специализированном на разработке, оптимизации и проектирование различных задач обработки металлов давлением.
532
