Исследование влияния анизотропии механических свойств материала заготовки на магнитно импульсную штамповку деталей с гранями Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.983.044

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ АНИЗОТРОПИИ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА ЗАГОТОВКИ НА МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНУЮ ШТАМПОВКУ ДЕТАЛЕЙ С ГРАНЯМИ

Е.С. Маленичев

Исследовано влияния анизотропии механических свойств материала заготовки на магнитно-импульсную штамповку деталей с гранями. Показано, что с увеличением коэффициента анизотропии Гр деформационные параметры процесса увеличиваются, а с увеличением коэффициента анизотропии Гд деформационные параметры процесса уменьшаются. Большие степени деформации при одних и тех же энергетических затратах достигаются при использовании материала, у которого Гр >1, а

Ге <1.

Ключевые слова: анизотропия, магнитно-импульсная штамповка, сила, напряжения.

Магнитно-импульсная штамповка (МИШ) применяется, как правило, в тех случаях, когда получить деталь классическим способом ОМД не представляется возможным или технология изготовления весьма трудоемка. Одной из таких операций является раздача тонкостенной трубчатой заготовки в многоугольную матрицу.

Технология производства трубчатых осесимметричных заготовок прокаткой, прессованием, волочением обуславливает цилиндрическую анизотропию механических свойств [1], которая может оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на процессы МИШ.

Анизотропия механических свойств металлов проявляется в различии пределов текучести, временного сопротивления разрыву, относительного удлинения и других параметров в различных направлениях.

Анизотропию механических свойств листовых материалов принято оценивать коэффициентом анизотропии г , который представляет собой отношение логарифмических деформаций по ширине и толщине образца при испытании на растяжение [2]. Для изотропного материала это отношение равно единице.

Если тонкостенную трубу разрезать вдоль образующей и сделать развертку, то ее свойства будут аналогичны свойствам анизотропного листа. Следовательно, анизотропию механических свойств трубы можно также характеризовать коэффициентом анизотропии га {го, Г45, Г90 }(а - угол между осью трубы и направлением вырезки образца).

Анизотропия механических свойств существенно влияет на сило-

104

вые режимы, распределение деформаций и напряжений в заготовке, технологические параметры процессов ОМД, особенно листовой штамповки [1,

3, 4]. В ряде случаев она приводит к затруднениям в создании устойчивых технологических процессов, а иногда оказывает положительное влияние, поэтому исследованию анизотропии уделяется все большее внимание.

При теоретическом анализе предполагаем, что материал заготовки жестко-пластический, ортотропный, изотропно упрочняющийся, для которого справедливо условие текучести Мизеса - Хилла [2]. Вследствие тон-костенности заготовки пренебрегаем радиальными напряжениями, считая, что в стенке действуют только меридиональные и окружные напряжения. В этом случае условие текучести и ассоциированный закон пластического течения имеют вид

н°е + ^ + О(ое - Ор)2 =1 (1)

^е = dX[Иве + О(ое - ар)];

й£р = ак[^Ор + О(ор - ое)]; (2)

<85 = <1[ Иое + FОр)].

где е, р, 5 совпадают с главными осями анизотропии, ^, О, И - параметры анизотропии.

Основываясь на результатах экспериментов, считаем, что в процессе деформации свободная поверхность заготовки аппроксимируется поверхностью кругового цилиндра, причем уменьшение радиуса кривизны свободной поверхности происходит при одновременном увеличении площади контакта заготовки со стенками матрицы (рис.1).

Рис. 1. Схема процесса МИШ деталей с гранями

Согласно принятой гипотезе дифференциальное уравнение, связывающее изменение толщины 5 с изменением радиуса К, будет иметь вид

105

dd

"б"

ґ ntga-p dR

(3)

где 2а - центральный угол, 2а = 2р/п; п - количество граней.

Проинтегрируем уравнение (3) с учетом исходных значений. Получим

откуда

б 0 ■ б=б

(4)

(5)

Уравнение движения элемента оболочки в направлении нормали имеет вид

ри +

О0 р(і ) СОБ ф

0.

(6)

К 5

где р - плотность материала; ф - угол между нормалью к элементу и осью У; и - ускорение элемента заготовки в направлении нормали,

и = R

ґ СОБ ф

к соб а

1

- Rф 2,

р^) - давление ИМП на стенку заготовки, изменяющееся по закону,

РоеА бій2 2р^

р(і )■

А + и

(7)

(8)

где ро - условное давление ИМП в момент времени t = 0; А - эквивалентный зазор между индуктором и заготовкой; Ь - декремент колебаний разрядного контура; / - частота колебаний разрядного контура; и - перемещение заготовки.

Напряжение О0 определим из соотношений (1), (2) и условия

dЄр = 0 (изменением длины заготовки пренебрегаем):

с0

1

(1 + гр ) г0

сТр

Ос

Тр-

(9)

(1 + Гр+ ге )Гр

где Гр= О / ^, ге= О / Н - коэффициенты анизотропии заготовки в меридиональном и окружном направлениях соответственно; О/р - динамический предел текучести материала в меридиональном направлении, изменяющийся по закону

сТр = (сТ 0 +

К еі ст )

(10)

где От о, А, щ, т - константы материала; 8/ст - интенсивность скоростей

деформаций при статических испытаниях; 8/, 8/ - интенсивности деформаций и скоростей деформаций [2].

Компоненты деформаций и скоростей деформаций определим следующим образом:

ш я

80 =-85 = -В 1п —

Я

о

£р= 0

. . „ Я

80=-85=- ВЯ;

£р= 0

(11)

Предположение о том, что в процессе деформации свободная поверхность заготовки аппроксимируется поверхностью кругового цилиндра, позволяет решить уравнение (6) при некотором фиксированном значении угла ф, например ф = 0. В этом случае ф = 0, ф = 0, ф = 0 и уравнение (6) принимает вид

ря

1

ооб а

1

+

р(7) А

°Тр Р_________

Я (А + Я - Я0 )50 (Я/Я0 )

В

= 0.

(12)

Уравнение (12) решалось численно при следующих исходных данных: р(Г) = 100е_8000г б1п2(83880?) МПа; А =0,003 мм; р =2670 кг/м3; Я0=0,05м; §0=0,002 м; От0=75 МПа; А =500 МПа; «1=1; т =0,04; 8/ ст =0,008 с-1; п =4.

Коэффициенты анизотропии гр и Г0 изменяли в пределах от 0,5 до 2,5. Результаты исследований представлены на рис.2, 3.

Рис. 2. Влияние коэффициента анизотропии гр на деформационные параметры процесса МИШ деталей с гранями

Из рис. 2 видно, что с увеличением коэффициента анизотропии гр деформационные параметры ?, е, е 7-, Яугл = ^ процесса МИШ деталей с гранями увеличиваются, причем более интенсивно при гр <1.

-^С1 £;

Ю-5

4,6

4Д -

3,6 _

0,34

0,29.

0,24

3,1 J 0,19.

0,5

МКС ^угл

\\ \

/ \Кугл

104

94

.0,550

84

0,675

.0,425

74 10,300

1,0 1,5

Гб------------

2,0

2,5

Рис. 3. Влияние коэффициента анизотропии 0 на деформационные параметры процесса МИШ деталей с гранями

При увеличении коэффициента анизотропии щ деформационные параметры процесса МИШ деталей с гранями уменьшаются, причем более интенсивно при гд <1 (рис.3).

Большие степени деформации при одних и тех же энергетических затратах достигаются при использовании материала, у которого гр >1, а г0 <1.

Список литературы

1. Яковлев С.П., Кухарь В. Д. Штамповка анизотропных заготовок. М.: Машиностроение, 1986. 136 с.

2. Хилл Р. Математическая теория пластичности. М.: ГИТТЛ, 1956.

408 с.

3. Арышенский Ю.М. Теория листовой штамповки анизотропных материалов. Саратов: Саратовский ун-т, 1973. 112 с.

4. Головлев В.Д. Расчеты процессов листовой штамповки: устойчи-

вость формообразования тонколистового металла. М.: Машиностроение, 1974. 136 с.

Малиничев Евгений Сергеевич, канд. техн. наук, доц., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

NFLUENCE ANISOTROPY OF MECHANICAL PROPERTIES OF THE WORKPIECE MATERIAL ON MAGNETIC PULSE-STAMPING WITH FACES

Malenichev E.S.

Investigated the influence of the anisotropy of mechanical properties of the workpiece material on magnetic pulse stamping parts with faces. It is shown that with increasing anisotropy factor deformation process parameters increases, and with increasing anisotropy factor deformation parameters of the process are reduced. High degrees of deformation at the same energy Difficult-minute achieved with material, which r^ >1 and rq <1.

Key words: anisotropy, magnetic pulse forming, power voltage.

Malenichev Evgeniy Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State Universit.

УДК 621.938

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ ФЛАНЦЕВ НА ТОРЦЕ И СТЕНКЕ ВНУТРЕННИХ ПОЛЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК

Д.Э. Басалаев, Э.П. Басалаев, К.Х. Нгуен

На базе метода конечных элементов проведено исследование процессов формирования фланцев на торцах и стенках полых цилиндров с помощью цифрового моделирования DEFORM-3D. Показано влияние геометрических факторов, технологической схемы, характеризующих форму и размеры заготовок, степень осадки, на силовые и деформационные параметры процесса и конечную форму получаемых изделий.

Ключевые слова: полые цилиндры, формообразование фланцев, DEFORM™-3D, Solidworks, матрица, пуансон, моделирование.

Расчетная схема процесса представлена на рис. 1. При применении МКЭ исследуемая модель представляется через узловые точки, связанные структурными элементами. При решении задачи на систему требовалось