CC BY
25
УДК 621.983.3
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПЕРВОЙ КОМБИНИРОВАННОЙ ВЫТЯЖКИ НА ДЕФОРМАЦИОННУЮ ПОВРЕЖДАЕМОСТЬ
Чан Дык Хоан, Нгуен Мань Тиен
Установлено влияние технологических параметров первой комбинированной вытяжки на накопленную деформационную повреждаемость по критерию Кокрофта - Лэтэма с помощью программного комплекса DEFORM 3D. С применением планирования компьютерных экспериметов и обработки полученных результатов программой Modde 5.0 получена зависимость повреждаемости от технологических параметров.
Ключевые слова .'комбинированная вытяжка, повреждаемость, планирование компьютерных экспериметов, технологический параметр.
В настоящее время в различных отраслях машиностроения нашли широкое применение осесимметричные изделия, к которым предъявляются высокие требования по качеству изготовления и эксплуатационным свойствам при снижении себестоимости их производства. Комбинированная вытяжка является одним из новых методов в технологии листовой штамповки для изготовления цилиндрических изделий с толстым дном и тонкой стенкой. Интенсификация процесса глубокой вытяжки может быть достигнута комбинированной вытяжкой, которая характеризуется одновременным изменением диаметра вытягиваемой заготовки и толщины стенки. Этот метод позволяет получать изделия с повышенными точностными характеристиками, более упрочненной стенкой, достигать больших степеней деформации по сравнению с методами вытяжки и вытяжки с утонением, что приводит к значительному сокращению числа операций технологического процесса [2].
Применение математического моделирования в исследованиях процессов обработки металлов давлением, в частности листовой штамповки, позволяет расширить представление об исследуемых процессах и способствует изучению влияния значимых факторов на технологические параметры процессов путем численного моделирования, что позволяет избежать или уменьшить количество дорогостоящих натурных экспериментов.
Во Вьетнамском государственном техническом университете им. Ле Куй Дона на базе программного комплекса DEFORM с применением метода конечных элементов (МКЭ) ведётся много работ над моделированием технологических процессов листовой штамповки, так, разработана модель технологического процесса комбинированной вытяжки.
38
В данной работе построена задача первой комбинированной вытяжки на конической матрице для моделирования на ВЕЕОКМ-2Б и установлена зависимость накопленной деформационной повреждаемости по критерию Кокрофта - Лэтэма от технологических параметров на базе плана компьютерных экспериметов с помощью программы Моёёе 5.0.
Критерий накопленной деформационной повреждаемости по критерию Кокрофта - Лэтэма основан на оценке полной работы деформации на единицу объёма в точке разрушения. Поврежденность металла не должна превышать некоторого критического значения, так как при его превышении происходит потеря прочностных характеристик изделия [3, 4]. При достижении значения поврежденности, равного единице (в = 1), появляется макроскопическая трещина. Повреждаемость по критерию Кокрофта - Лэ-тэма можно рассчитать по формуле
е "'
О
В = { —
О
(1)
где 8 - накопленная эквивалентная деформация; О = О1- максимальное главное напряжение; О - эквивалентное напряжение по Мизесу.
Рассмотрим процесс комбинированной вытяжки без прижима через коническую матрицу с углом конусности а и степенью деформации б: У1 = 1 - где - коэффициент вытяжки; т^ц - коэффициент
утонения; 50, 5 - толщина стенки полуфабриката и заготовки соответственно. Коэффициенты на контакте заготовки и инструментов принимаем тек = 0,16; те = 0,08. Геометрические модели заготовок и инструментов построены по схеме (рис. 1).
0
Рис. 1. Схема первой комбинированной вытяжки через коническую
матрицу
39
Материал - сталь 20 (ГОСТ 1050-88) - принимается несжимаемым, упрочняющимся, кривые упрочнения выражены формулой:
О/ = ke", (2)
где k = 750 МПа, n = 0,16 - показатель и модуль деформационного упрочнения.
Для влияния технологических параметров процесса на повреждаемости по критерию Кокрофта - Лэтэма использовано планирование компьютерных экспериментов, в которых опыты проводятся с помощью программного комплекса DEFORM 3D/2D.
В качестве независимых факторов были приняты следующие величины: xi- коэффициент вытяжки Х2 - коэффициент утонения Х3 - угол конусности матрицы а. Для описания процесса принят ортогональный план I-го порядка при трех неизвестных. Используем полный факторный компьютерный эксперимент: 8 компьютерных опытов и 3 в основном уровне. При установлении области определения факторов учитывались технологические особенности комбинированной вытяжки первой операции. Уровни факторов и интервалы варьирования приведены в табл. 1.
Таблица 1
Уровни факторов и интервалы варьирования
Уровни Факторы
xi Х2 Х3
md1 mSl a
+ 0,8 0,9 20
0 0,67 0,7 14
- 0,54 0,5 8
Дхг 0,13 0,2 6
Кодированные значения факторов х, связаны с натуральными соотношениями
= X, - хю (3)
г АХ,
где х, - кодированное значение; X, - натуральное значение; Х00 - натуральное значение фактора основного уровня; АХ, - интервал варьирования.
Вид матрицы для трех факторов представлен в табл. 2.
40
Таблица 2
Матрица планирования компьютерных экспериментов
БТТ х0 х1 х2 х3 х12 х13 х23 х123 У
1 + + + + + + + +
2 + - + + - - + -
3 + + - + - + - -
4 + - - + + - - +
5 + + + - + - - -
6 + - + - - + - +
7 + + - - - - + +
8 + - - - + + + -
9 + 0 0 0 0 0 0 0
10 + 0 0 0 0 0 0 0
11 + 0 0 0 0 0 0 0
Проводились компьютерные опыты по матрице планирования, по-лученые результаты представлены в табл.3.
Таблица 3
Результаты опытов
№ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
У 0,452 0,644 0,644 0,909 0,461 0,566 0,605 0,802 0,557 0,587 0,572
Рассмотрим полученную накопленную деформационную повреждаемость нескольких точех по критерию Кокрофта - Лэтэма в 1-м опыте (рис. 2). На графике показано, что она увеличивается в процессе деформирования.
Использована программа Моёёе 5.0 (ModelingandDesign) для обработки данных, в результате получим уравнение регрессии и функция повреждаемости от натуральных значений факторов:
у = 0,618 - 0,095х1 - 0,105х2 + 0,027х3
+ 0,02 Цх2 - 0,019ххх3 - 0,01х2х3 • (4)
Б(тс1 1, т81,а) = 1,481 - 0,955тЛ - 0,949т51 + 0,018а
+ 0,808тЛт51 - 0,024тЛа - 0,00833т51а. (5)
Вляние факторов на значения уравнения регрессии показано на рис. 3, и можно сказать, что наибольшее влияние на повреждаемость при комбинированной вытяжке первой операции цилиндрических деталей в данном интервале изменения указанных факторов оказывают коэффициент утонения и коэффициент вытяжки, то есть степень деформации. Они
41
влияют отрицательно, то есть с их увеличением повреждаемость уменьшается. Угол конусности матрицы влияет положительно, то есть с его увеличением повреждаемость возрастает.
Рис. 2. Накопленная деформационная повреждаемость по критерии Кокрофта - Лэтэма в 1-м опыте
Рис. 3. Вляние факторов на значения уравнения регрессии
На рис. 4 показана зависимость повреждаемости от коэффициента утонения и коэффициента вытяжки при угле конусности 15°. При холодной обработке металлов давлением рекомендована повреждаемость меньше 0,65. Поэтому график на рис. 4 позволяет выбрать соответственно коэффициент утонения и коэффициент вытяжки.
42
Damage
а = 15
0.55 О.БО 0.Б5 0.70 D.75 0.80
md1
Рис. 4. Зависимость повреждаемости от коэффициента утонения
и коэффициента вытяжки
Таким образом, в работе представлено влияние технологических параметров первой комбинированной вытяжки на накопленную деформационную повреждаемость по критерию Кокрофта - Лэтэма. Использована теория планирования экспериментов с компьютерными опытами, проводимыми на компьютере для нахождения зависимости повреждаемости от технологических параметров, позволяющей выбрать соответствующие режимы обработки.
Список литературы
1. Богатов А. А. Механические свойства и модели разрушения металлов. Екатеринбург: УГТУ - УПИ. 2002. 329 с.
2. Валиев С. А. Комбинированная глубокая вытяжка листовых материалов. М.: Машиностроение, 1973. 176 с.
3. Alexandrov, S., Vilotic, D. A theoretical experimental method for the identification of the modified Cockroft - Lathamductile fracture criterion // Proc. IMechE. Part C: J. Mech. Eng. Sci. 222. 2008. P. 1869 - 1872.
4. Cockroft M.J., Latham D.J. Ductility and workability of metals // Journal of the institute of metals. 1968. Vol. 96. P. 33 - 39.
5. Marciniak Z, Kuczynski K. Limit strains in the processes of stretch forming sheet metal // International Journal of Mechanical Science. 1967. 9(3). P. 609 - 620.
6. Lou Yan-shan, Huh H. Prediction of ductile fracture for advanced high strength steel with a new criterion: Experiments and simulation // Journal of Materials Processing Technology. 2013. 213(8). P. 1284 - 1302.
43
Чан Дык Хоан, канд. техн. наук, зав. лаб., duchoan1012@gmail. com, Вьетнам, Ханой, Государственный технический университет им. Ле Куй Дона,
Нгуен Мань Тиен, асп., manhtiennguyen84@gmail. com, Вьетнам, Ханой, Государственный технический университет им. Ле Куй Дона
STUDY OF INFLUENCE OF TECHNOLOGICAL PARAMETERS OF FIRST COMBINED
DRAWING ON DEFORMATION DAMAGE
T.D. Hoan, N.M. Tien
The influence of technological parameters of the first combined drawing on the accumulated deformation damage by criteria Cockcroft - Latham using DEFORM 3D-software.Using of planning of computer experiment and processing of the results by Modde 5.0 software shows the dependence of damage on the technological parameters.
Key words: combined drawing,damage,planning of computer experiment, technological parameters.
Tchan Dyk Hoan, candidate of technical sciences, manager of laboratory, du-choan 1012@gmail. com, Vietnam, Hanoi, State Technical University of Le Kui of Don,
Nguyen Man Tien, postgraduate, manhtiennguyen84@gmail. com, Vietnam, Hanoi, State Technical University of Le Kui of Don
УДК 621.983; 539.374
ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОГО ПРОТЕКАНИЯ ПНЕВМОФОРМОВКИ МАТЕРИАЛОВ, ПОДЧИНЯЮЩИХСЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ
С.Н. Ларин
На основе полученных авторами зависимостей для оценки энергосиловых параметров деформирования многослойной оболочки исследовано устойчивое протекание пневмоформовки заготовок из материалов, подчиняющихся энергетической теории повреждаемости.
Ключевые слова: формоизменение, многослойные конструкции, прямоугольные каналы, силовые параметры, алюминиевые сплавы.
Конструкции, состоящие из нескольких слоев, получают за счет воздействия на предварительно соединенные листы газом до полного их прилегания [1 - 3]. Примем, что формовка происходит за две стадии: свободная формовка и формообразование элементов в углах конструкций (рисунок). На рис. 1 Р1 и 01- радиус формируемой заготовки и угол при заданной высоте Н = Н.
