CC BY
29
MA THEMATICAL MODEL ISOTHERMAL FREE DEFORMA TION OF SLAB ANISOTROPIC MATERIAL IN A SQUARE MATRIX MODE CREEP
S.N. Larin, V.I. Platonov, Y. V. Bessmertnaya
The results of mathematical modeling of isothermal deformation free slab of anisotropic material in a square matrix in creep mode. These relations in the future will allow to analyze the influence of the loading of the law, the geometric dimensions of the workpiece, the anisotropy of the mechanical properties of the original material on the stress and strain state of the power modes and limits of the test process pnevmoformovki isothermal mode transient creep associated with the accumulation of micro.
Key words: pnevmoformovka, matrix, sheet blank, free deformation.
Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Platonov Valeriy Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Bessmertnaya Yuliya Vyaceslavovna, candidate of technical science, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.983
МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ ВЫТЯЖКЕ С УТОНЕНИЕМ
С.С. Яковлев (мл.), В. А. Коротков
Описано моделирование процесса интенсивной пластической деформации при вытяжке с утонением стенки при использовании программы QForm 7. Выявлены особенности течения металл при вытяжке с утонением через матрицу с периодически изменяющимся профилем рабочего пояска. Сделан вывод о возможности многократного использования матрицы с периодически изменяющимся профилем для получения дополнительных сдвиговых деформаций.
Ключевые слова: интенсивная пластическая деформация, моделирование, матрица с периодически изменяющимся профилем, напряжения, деформации.
В настоящее время известно достаточно много способов пластического структурообразования металлов методами интенсивной пластической деформации [1, 2]. В основном эти методы используются при кручении, всесторонней ковки, равноканальном угловом прессовании и т.д. Сущность упомянутых способов заключается в многократной интенсивной пластической деформации сдвига обрабатываемых материалов с получением мелкозернистой структуры. В холодной штамповке интенсивная
пластическая деформация используется при изготовлении цилиндрических оболочек ротационной вытяжкой с утонением стенки, особенностью которой является локальное деформирование материала шариковыми или роликовыми давильными элементами [3]. В крупносерийном и массовом производстве использовать ротационную вытяжку нецелесообразно, поэтому в машиностроении цилиндрические оболочки получают вытяжкой с утонением стенки. При вытяжке с утонением возникают сдвиговые деформации недостаточные для получения мелкозернистой структуры в материале. В этой связи актуальной задачей является исследование возможностей увеличения интенсивности пластической деформации при вытяжке с утонением за счёт увеличения сдвиговых деформаций.
Целью исследования является моделирование вытяжки с утонением стенки за счет изменения рабочего профиля матрицы, использование которой увеличивает сдвиговые деформации.
Для проверки реализации вытяжки с утонением через матрицу с рабочим профилем, создающим переменный по периметру зазор, был смоделирован рабочий профиль матрицы в системе автоматического проектирования Компас-3Б.
Для создания 3Б модели матрицы (рис. 1) с синусоидальной формой рабочего профиля было принято число впадин и выступов равное 8.
Рис. 1. Вид матрицы для вытяжки с утонением стенки с периодически изменяющимся профилем рабочего пояска с числом выступов
и впадин равным восьми
32
Для исследования влияния степени утонения при вытяжке применялась матрица с рабочим отверстием по выступам диаметром 32 мм. Диаметр отверстия по впадинам 36 мм. Использовалась заготовка - стакан с толщиной стенки 3 мм и наружным диаметром 36 мм; диаметр цилиндрического пуансона был постоянен и составлял 30 мм. Для обеспечения оптимальных условий вытяжки с утонением, заходный участок матрицы выполнялся конусным под углом 15 градусов. Рабочий торец пуансона имел радиус закругления равный 3 мм.
Таким образом, при использовании матрицы с периодически изменяющимся профилем и амплитудой синусоидального колебания 2 мм, утонение стенки заготовки осуществлялось на локальных участках в местах контакта выступов матрицы с заготовкой.
Для осуществления математического моделирования, полученные в Компас-3Б модели, сохраняются с расширением ^р, необходимом для работы в модуле 08Иаре, далее через 08Иаре модель конвертируется в формат для работы в QForm 7 с одновременной разбивкой на заданное количество конечных элементов. Операция повторяется как для заготовки, так и для рабочего инструмента. После чего все полученные модели позиционируются относительно друг друга. Далее в QForm 7 создается новая операция, объектом которой, является система, включающая в себя заготовки и рабочий инструмент в исходном положении.
Выбирались основные физико-температурные параметры вытяжки с утонением: материал заготовки - Сталь 10, температура процесса - 20 градусов, материал - изотропный, предел прочность - 335 МПа, предел текучести - 205 МПа, с последующим запуском расчетов.
На рис. 2, а показано положение заготовки - стакана перед началом вытяжки на матрице с переменным, периодически изменяющимся профилем рабочего пояска, а на рис. 2, б полученный после вытяжки полуфабрикат.
При вытяжке через матрицу с периодически изменяющимся профилем создаётся переменный по периметру зазор и происходит неравномерное по периметру утонение стенки в заготовке-стакане, в результате чего получается полуфабрикат с переменной по периметру толщиной стенки и выступами по высоте (коронками) благодаря возникновению сдвиговых деформаций.
Для исследования сдвиговых деформаций в стенке заготовки в местах контакта выступов и впадин матрицы были измерены начальные и конечные расстояния между точками 1 и 2 и рассчитаны деформации вдоль образующей заготовки-стакана. Разница значений величин деформаций в направлении вытяжки на участках без утонения и с утонением стенки достигала 18%.
На рис. 3 показан процесс вытяжки через две матрицы, в первой рабочий профиль матрицы имеет периодически изменяющийся профиль, во второй профиль матрицы цилиндрический, создающий равномерный зазор между пуансоном и матрицей. После вытяжки толщина стенки по периметру постоянна, а корончатость устраняется за счёт дополнительных сдвиговых деформаций, возникающих при деформировании полуфабриката с переменной толщиной стенки по периметру.
Рис. 2. Расположение заготовки-стакана (а) перед началом процесса
вытяжки с переменным по периметру зазором между пуансоном и матрицей и после вытяжки (б): 1 - пуансон; 2 - заготовка-стакан;
3 - периодически изменяющийся по периметру зазор
Для многократной реализации дополнительных сдвиговых деформаций, влияющих на микроструктуру металла, полученный полуфабрикат можно подвергать вытяжке с утонением, ориентируя выступы матрицы по выступам стенок полученного полуфабриката, а на заключительной операции осуществлять вытяжку с утонением стенки через матрицу с цилиндрическим рабочим пояском.
На рис. 4 приведены графики изменения интенсивности деформаций и напряжений в процессе вытяжки с утонением в местах контакта выступов и впадин рабочего периодически изменяющегося профиля матрицы с материалом заготовки. Из графиков видно, что интенсивности напряжений и интенсивности деформаций на начальном этапе вытяжки с утонением в местах контакта выступов и впадин матрицы с заготовкой незначительно отличаются по величине, тогда как на этапах формоизменениях от
3
а
б
15 и далее этапов разница значений интенсивности деформаций и напряжений существенно возрастает, что свидетельствует о возникновении значительных сдвиговых деформаций в стенках заготовки (см. график на рис. 5).
Рис. 3. Вытяжка с утонением с реализацией интенсивной пластической деформации сдвига через две матрицы: 1 - матрица с периодически изменяющимся рабочим пояском; 2 - матрица с цилиндрическим рабочим пояском; 3 - полуфабрикат вытяжки
-700,0
«'600,0
2500,0
с 400,0
£300,0
=200,0
= 100,0
0,01—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—г
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 14 15 16 17 18 192021 22 232425 26 2728 29 3031 32 Этапы
| -♦- Ингенсяность напряжена во впэдже -*- Интаювностъ гапрягений на выступе |
а
0,00 1'1'1»1»1'1'1'1'1*1*1»1*1*1'1'1,1|1'Г1 I I I I I I I I I I I I I I I I I I I
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 Этапы
р+- вгаовность деформаций во впэдже -■- Интеноеность деформаций на выступе |
б
Рис. 4. Графики интенсивности напряжения (а) и интенсивности деформаций (б) в месте перехода дна в стенку заготовки-стакана при вытяжке с утонением через матрицу с периодически изменяющимся рабочим пояском
Рис. 5. Относительная разница интенсивности деформаций при вытяжке с утонением в матрице с периодически изменяющимся
профилем
Проведённое математическое моделирование интенсивности пластической деформации при вытяжке с утонением показывает возможность получение дополнительных сдвиговых деформаций при многократном использовании матрицы имеющей периодически изменяющийся по периметру рабочий поясок.
Работа выполнена в рамках грантов РФФИ № 15-48-03234 р центр и № 14-08-00066 а.
Список литературы
1. Валиев Р.З., Александров И.В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. М.: Логос, 2000. 272 с.
2. Процессы пластического структурообразования металлов / В.М. Сегал [и др.]. Минск: Наука и техника, 1994. 500 с.
3. Ротационная вытяжка с утонением стенки цилиндрических деталей из труб на специализированном оборудовании / В.И. Трегубов; Тула, Изд-во: ТулГУ. 2002. 148 с.
Яковлев Сергей Сергеевич, студент, mpf-tu1a(cprambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Короткое Виктор Анатолиевич, канд. техн. наук, с.н.с., mpf-tu1a((prambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
MODELING SEVERE PLASTIC DEFORMATION AT DRA WING WITH THINNED
S.S. Yakovlev, V.A. Korotkov 36
Described simulation of severe plastic deformation process while drawing a wall thinning when using the program QForm 7. The features of metal at drawing with thinning through the matrix with periodically changing profile of the working belt. The conclusion about the possibility of repeated use of the matrix with a periodically varying profile for additional shear deformations.
Key words: severe plastic deformation, modeling, matrix with periodically varying profile, stress, strain.
Yakovlev Sergey Sergeevich, student, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Korotkov Viktor Anatolievich, candidate of technical sciences, senior researcher, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.983; 539.374
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УГЛОВЫХ РАДИУСОВ НА ПРОЦЕСС ВЫТЯЖКИ КВАДРАТНЫХ КОРОБЧАТЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ КРУГЛЫХ ЗАГОТОВОК
А.Н. Малышев
Представлены теоретические данные по вытяжке коробчатых деталей. Исследовано влияние угловых радиусов на силовые режимы и напряженно-деформированное состояние процесса вытяжки коробчатых деталей квадратного поперечного сечения. Показано распределение значений показателя критерия разрушения Кокрофта - Латама в коробчатых деталях с различными угловыми радиусами.
Ключевые слова: вытяжка, коробчатая деталь, угловой радиус, сила, напряжение, деформация, разрушение.
Одним из труднореализуемых процессов листовой штамповки является вытяжка изделий коробчатых форм. Течение деформируемого материала имеет сложный характер, поэтому технологические расчеты форм заготовок и переходов вытяжки, кинематики течения, напряжений, сил затруднительны. В производстве при проектировании технологических процессов обычно руководствуются рекомендациями технологической практики [1].
Ниже представлено моделирование этих процессов с помощью программного комплекса QForm 2D/3D [2], результаты которых позволяют отказаться от большого объема экспериментальных исследований для отработки реального технологического процесса.
Рассмотрим процесс вытяжки коробчатой детали со сторонами квадрата a=45 мм из круглой заготовки диаметром D=83 мм, толщиной 0,5 мм, угловым радиусом R (рис. 1, 2). Материал заготовки сталь 08кп.
37
