CC BY
5
УДК 621.983; 539.374
ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПРИ ОБРАТНОМ ВЫДАВЛИВАНИИ СТАЛЬНЫХ ПРУТКОВЫХ ЗАГОТОВОК
А.С. Астахов, Н.А. Шамин, Д.В. Ерошкин
Представлены обобщенные результаты моделирования процесса обратного выдавливания детали «Корпус», изготовление которой предполагается из прутковых стальных заготовок. Проанализировано напряженно-деформированное состояние и сила процесса. Используя полученные результаты можно составить рекомендации по созданию технологии выдавливания схожей по конфигурации детали.
Ключевые слова: обратное выдавливание, прутковые заготовки, сила, деформирование, напряжения, интенсивности напряжений.
Обратное выдавливание прутковых заготовок можно отнести к эффективным процессам изготовления тонкостенных изделий, характеризующихся высоким коэффициентам использования материала и качеством получаемых деталей. Номенклатура изделий, изготовленных выдавливанием весьма широко представлена: от сплошных деталей типа стержней, валов, осей с различными фланцами до полых деталей типа втулки, стакана, ступенчатой трубы и т.д. Ввиду широкой номенклатуры изделий, получаемых данным методом остро стоит вопрос разработки рекомендаций для изделий нестандартных форм и размеров. для чего выполнено моделирование процесса обратного выдавливания детали «Корпус»предпо-лагается проводить в программном комплексе QFORM3D v7.
Рис. 1. Эскиз детали «Корпус»
Исходными данными для моделирования является температура заготовки (600 °С). В качестве материала заготовки принималась сталь 20 ГОСТ 1050-88. Оценка напряженно-деформированного состояния производилась по всему объему заготовки на четырех характерных этапах: 1 - этап "свертки" заготовки; 2 - проталкивание заготовки через конус матрицы и одновременно с ним обратное выдавливание; 3 - начальный момент выдавливания; 4 - выдавливание при формировании нужной толщине стенки, при котором достигаются наибольшие силы.
В ходе оценки деформированного состояния было выявлено, что наибольшие деформации достигаются в конечный момент деформации в стенке заготовки, причем в месте перехода с конического участка пуансона в цилиндрический. Наибольших величин деформации достигают в верхней части заготовки и распределены они по цилиндрической поверхности неравномерно и чем ближе к цилиндрической поверхности заготовки там они больше.
В ходе оценки деформированного состояния было выявлено, что наибольшие напряжения достигаются в конечный момент деформации в дне заготовки. Величины напряжений приведены на этих схемах. Кроме того наибольших величин напряжения достигают в центральной части дна заготовки. В верхней части напряжения достигают так же значительных величин, но они в разы меньше чем в дне заготовки. Схемы напряженного состояния в дне заготовки и стенки разные, поэтому напряжения имеют разные значения. В дне происходит сжатие, поэтому напряжения принимают отрицательные значения. В стенке же происходит растяжение, поэтому напряжения там положительные.
По результатам моделирования были построены графические зависимости изменения напряженно-деформированного состояния в четырех точках, распложенных в объеме заготовки (рис. 2). Результаты приведены на рис. 3-5.
Известия ТулГУ. Технические науки. 2019. Вып. 12
Рис. 4. Зависимость изменения средних напряжений от времени деформирования
По результатам анализа данной графической зависимости можно сделать выводы о том, что напряжения достигают максимальных значений для каждой точки по своему. Для точки 1 они максимальны в конце хода инструмента. Для точек 2,3,4 напряжения максимальны при окончании нестационарной стадии процесса. Напряженное состояние максимально в дне заготовки под пуансоном.
3-—
2 - /
0,3 0,6 0,9 1,2 f Q
Рис. 5. Зависимость изменения степени деформаций от времени деформирования
По результатам анализа данной графической зависимости можно сделать выводы о том, что интенсивности деформаций достигают максимальных значений в конце хода инструмента. Процесс увеличения деформаций происходит очень резко. Деформации же достигают максимальных значений в стенках заготовки.
Рис. 6. Зависимость изменения интенсивности напряжений от времени деформирования
График зависимости интенсивности напряжений носит сложный характер (рис. 3). Это связано с тем, что первое увеличение напряжений связано с началом момента деформирования - когда заготовка перемещается пуансоном через кромки матрицы и происходит ее заворачивание на пуансон. Далее заготовка просто проталкивается пуансоном через цилиндрическую часть матрицы. Этот период характеризуется снижением значений интенсивности напряжений. Третий участок графика, на котором интенсивность напряжений неуклонно растет - собственно сам процесс выдавливания.
По результатам моделирования была произведена оценка силовых параметров процесса. Результаты приведены на рис. 7. Из зависимостей, представленных на рис. 7 уставлено, что с увеличением трения сила возрастает. Причем разница во влиянии трения на силу особенно заметна при больших коэффициентах трения.
р.
мн
Рис. 7. Зависимость силы выдавливания от хода инструмента: 1 - m=0,15; 2 - m=0,4; 3 - m=0,8
Кроме того, был выполнен анализ напряженного состояния инструмента при реализации выдавливания. В ходе данного анализа было выявлено, что наибольшие значения напряжений и деформации наблюдаются в углах дна матрицы и на вершине рабочей части пуансона. Используя эти данные можно составить рекомендации по созданию технологии выдавливания данной конфигурации детали. Кроме того, полученные данные могут быть применены при разработке штамповой оснастки.
Список литературы
1. Яковлев С.П., Чудин В.Н., Яковлев С.С., Соболев Я. А. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных материалов. М.: Машиностроение, 2003. 427с.
2. Овчинников А.Г. Основы теории штамповки выдавливанием на прессах. М.: Машиностроение, 1983. 200 с.
3. Джонсон В., Кудо Х. Механика процессов выдавливания металлов. - М.: Металлургия. 1965.
197 с.
Астахов Андрей Сергеевич, студент, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Шамин Никита Андреевич, студент, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ерошкин Даниил Викторович, студент, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
RESEARCH OF THE STRESSED-DEFORMED STATE AT THE MACHINING
OF STEEL BARBARS
A.S. Astakhov, N.A. Shamin, D.V. Eroshkin
The generalized results of modeling the process of backward extrusion of the "housing" part, the manufacture of which is supposed to be from steel bar stocks, are presented. The stress-strain state and the strength of the process are analyzed. Using the results obtained, it is possible to make recommendations on creating a technology for extruding a part similar in configuration.
Key words: reverse extrusion, bar stocks, force, deformation, stress, stress intensity.
Astahov Andrey Sergeevich, student, mpf-1ula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Shamin Nikita Andreevich, student, mpf-lula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Eroshkin Daniil Viktorovich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
