CC BY
28
Aleshkov Denis Sergeevich, candidate of technicale scienses, docent, stolyarov [email protected], Russia, Moscow, Siberian State Automobile and Highway Academy,
Stolyarov Vladimir Vladimirovich, candidate of technicale scienses, docent, [email protected], Russia, Moscow, Siberian State Automobile and Highway Academy,
Sukovin Mikhail Vladimirovich, candidate of technicale scienses, docent, [email protected], Russia, Moscow, Siberian State Automobile and Highway Academy
УДК 621.983.3:621.798.144:669.71
ФОРМОВКА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛАСТИН В УСЛОВИЯХ
ПЛОСКОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ
Г.М. Журавлев, И.А. Наумов
Рассмотрен расчет процесса формовки металлической пластины на основе разработанных конечно-элементных методик решения статических задач, составлены соответствующие схемы алгоритмов и адаптирован программный комплекс для расчета процессов, протекающих в условиях плоско деформированного состояния при статическом нагружении с использованием многошагового метода.
Ключевые слова: тонкая пластина, процесс формовки,метод конечных элементов , технологическая сила.
Процесс формовки листовой заготовки можно рассматривать как частный случай неглубокой местной вытяжки, при которой материал подвергается, главным образом, растяжению.
Исследование процесса местной вытяжки в заготовках большой ширины показало, что этот процесс состоит из двух последовательных стадий: деформации участка шириной R2 - R1 (рис.1,а) с пластической деформацией дна и пластической деформацией смежного участка шириной Rз - R2 (рис.1,б)
При дальнейшем опускании пунсона происходит растяжение металла в зазор между пуансоном и матрицей с некоторым утонением стенки без изменения границы между пластической и упругой областью. 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 адаптирован программный комплекс для расчета технологических процессов, протекающих в условиях плоско деформированного состояния при статическом нагружении с использованием многошагового метода.
Рис. 1. Последовательность процесса формовки
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 холодной формовки тонкостенных металлических пластин приведена на рис. 2.
Размеры заготовки (пластины): ширина 50 мм, длина 500 мм, толщина 5 = 2 мм, размеры инструмента: пуансона Яп = 16,66 мм, матрицы Ям = 20 мм. Материал заготовки (сталь 10 ГОСТ 1577-93) имеет следующие механические характеристики: плотность р = 7856 кг/м , предел прочности ав = 330 МПа, модуль упругости 206000 МПа и коэффициент трения ц = 0,08 .
Рассмотрим расчет силовых параметров операции холодной формовки тонкостенных металлических пластин (рис.2.). Технологическая операция характеризуется проталкиванием металла в зазор между пуансоном 1 и матрицей 3 в прямом направлении перемещения пуансона.
Рис. 2. Схема процесса холодной формовки: 1 - пуансон; 2 - заготовка; 3 - матрица
Расчет операции холодной формовки проводился со степенью деформации стенки £= 0,15, которая определялась по формуле
е = °н °к , (1)
5 V /
5 н
где 5н- исходная толщина пластины, 5н = 2 мм; 5к - толщина стенки после формовки.
Подставив значения в формулу (1), получим
5н -5к 2,0 -1,7 Л1С
е = —-к = —-— = 0,15.
5н 2,0
где 5 к = 1,7 мм.
Обычно соотношение между толщиной заготовки и толщиной стенок готового изделия составляет от 4:1 до 25:1, что соответствует степени деформации от 10 до 20 %.
Принципиальная расчетная схема процесса комбинированного холодного выдавливания, КЭ модели заготовки приведена на рис. 2.
Исходные данные для моделирования процесса холодной формовки представлены в табл.1.
Алгоритм программы заключается в следующем I. Вводятся:
1. Геометрические размеры заготовки и инструмента;
2. Материал деформируемой заготовки, реологической модели;
3. Режим обработки (температура заготовки и инструмента);
4. Скорость деформирования у= 0,25 м/с;
5. Коэффициент трения на инструменте ц = 0,08; назначение контактирующих поверхностей;
6. Разбиение на сетку конечных элементов;
127
7. Количество шагов и рабочий ход пуансона;
8. Создание базы данных для расчета;
9. Предварительный просмотр перемещения деформирующего инструмента.
II. Проводится расчет:
1. Технологической силы;
2. Распечатки результата в виде графика изменения технологической силы от времени (рис. 3) и результатов численных значений (табл. 2);
3. Распечатки результата в виде графика изменения технологической силы от времени (рис. 4) и результатов численных значений (табл. 2);
4. Действительного поля, составляющих скоростей перемещения.
Таблица 1
Исходные данные
Материал заготовки AISI-1010,COLD[70F(20C)] соответствующий стали 10 ГОСТ 1577-93, ав = 330 МПа
Режим штамповки Холодное формовка (Температура материала заготовки и инструмента равнялась 20 °С)
Реологическая модель Ширина заготовки, мм Длина заготовки, мм Толщина заготовки, мм Жесткопластический 50 500 2
Детали штампов Размер пуансона, мм Размер матрицы, мм Жесткие 16,6 20
Число конечных элементов сетки заготовки 5000
Скорость деформирования, м/с 0,25
Рабочий ход пуансона, мм 8
Смазанные поверхности (матрица - заготовка, пуансон - заготовка) Смесь масла индустриального марки И-20А (ГОСТ 20799-75) с 30.. .40 % по массе графита
Коэффициент трения 0,08
Полученное максимальное значение технологической силы Pmax = 2710 Н на ходе пуансона 5 = 8 мм и времени t = 0,0320 с.
Полученные значения сравнивались с результатами расчета по формуле, приведенной в работе.
Технологическая сила для штамповки ребер жесткости холодного выдавливания
Р = к ■ Ь ■ 5 , (2)
где L - длина ребер жесткости, мм; к - площадь поперечной заготовки, к = (0,7 ... 1,0); S - толщина заготовки.
Исходная заготовка 1=0.00799 с 1=0.0160 с
4 = 0.0240 с
I = 0.0320 с
Рис. 3. Последовательное состояние КЭ модели заготовки
Таблица 2
Результат расчета процесса
Время, с Ход пуансона, мм Технологическая сила Р, Н
0 0 0
0,0039 0,999 521
0,00799 2,0 672
0,0120 3,0 806
0,0160 4,0 930
0,0200 5,0 921
0,0240 6,0 934
0,0280 7,0 984
0,0320 8,0 2710
Известия ТулГУ. Технические науки. 2015. Вып. 8. Ч. 2
Т~н
0.000 0.00672 0.0134 0.0202 0.026Э 0.0336
Время (сек)
Рис. 4. График изменения технологической силы при комбинированном выдавливании от времени
Подставив значения в формуле (2), получим технологическую силу Р = 0,7 16,6 • 2 • 330 = 7669 Н
При формировании закрытого носика и стенки тюбиков с малой относительной толщиной очень трудно избежать нарушений в переходных частях изделий. Но с помощью цифрового моделирования DEFORM-2DTM У10.2, можно найти оптимальные параметры, чтобы получить качественные изделия.
Список литературы
1. Дмитриев А.М., Воронцов А.Л. Технология ковки и объемной штамповки. Ч. 1. Объемная штамповка выдавливанием: учебник. М.: Высшая школа, 2002. 400 с.
2. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке 6-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, 1979. 520 с.
3. Холодная штамповка корпусных осесимметричных деталей / В.И. Трегубов [и др.]. Тула: Изд-во ТулГУ, 2004. 218 с.
Журавлев Геннадий Модестович, д-р техн. наук, проф., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Наумов Иван Александрович, асп., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
FORMING METAL PLA TE UNDER PLANE PLASTIC DEFORMA TION
G.M. Zhuravlev, I.A. Naumov
In this paper we consider the calculation of the forming process of the metal plate on the basis of the developed finite element (FE) methods for solving the static-villas, compiled relevant schemes and algorithms adapted software package for the calculation of the processes occurring in a plane strain state under static loading using a multistep method.
Key words: thin plate, molding process, finite element-ments, technological strength.
Zhuravlev Gennady Modestovich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Naumov Ivan Aleksandrovich, postgraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
