CC BY
22
УДК 621.77.014
МОДЕЛИРОВАНИЕ ОБТЯЖКИ С РАСТЯЖЕНИЕМ ЛИСТОВОГО МЕТАЛЛА
С. А. Типалин, В.Б. Белоусов, Н.Ф. Шпунькин
Проведено исследование обтяжки с растяжением материала по пуансону. Выявлены зоны, претерпевающие максимальное утонение. Отмечено влияние смазки на процесс деформирования. В ходе экспериментов отмечается, что на численный расчет оказывает существенное влияние параметры кривой упрочнения.
Ключевые слова: обтяжка с растяжением, контактное трение, свойства металла, моделирование, утонение металла.
Современное развитие технологии в области машиностроения основано на повышении эффективности производства и качества выпускаемых изделий. Это напрямую связано с совершенствованием и внедрением ресурсосберегающих технологических процессов.
В связи с этим большой научный и практический интерес представляют исследования, направленные на расширение технологических возможностей холодной листовой штамповки. В частности внедрение в технологический процесс штамповки элементов обтяжки с растяжением. Данное формоизменение позволяет не только увеличить коэффициент использования металла, но и получать изделия с меньшей массой [1-4].
Для создания новой технологии c использованием обтяжки с растяжением, требуется изучение поведения материалов в процессе формоизменения.
Для исследования использовалась сталь 08пс, свойства и размеры которой удовлетворяют требованиям, приведенным в стандартах [5-6].
Проведение предварительных экспериментов по формоизменению материала показало разность деформации для различных толщин одной марки [7]. В связи с этим были проведены эксперименты по определению численных значений координат точек кривой упрочнения материала толщиной 1 и 2 мм. Данные для построения кривой упрочнения материала приведены в таблице.
Численные значения для построения кривых упрочнения, полученные экспериментально
Текущая деформация образца Напряжения Н/мм2, для толщины 8=1,0 мм Напряжения Н/мм2, для толщины 8=2 мм
0,002 359 350
0,004 380 367
0,006 393 377
0,008 402 384
0,01 410 390
0,015 424 401
0,02 434 409
0,04 459 428
0,06 475 440
0,08 486 448
0,1 495 455
0,12 503 461
0,14 509 466
0,16 515 470
0,18 520 473
0,2 525 477
0,22 529 480
0,24 533 483
Экспериментальная оснастка для проведения испытаний представлена на рис. 1.
Условия деформирования и контактное взаимодействие инструмента с заготовкой влияют на предельное деформирование материала [8-10], поэтому были реализованы условия для моделирования, аналогичные экспериментам. Схема для проведения численного моделирования имитирует экспериментальную оснастку и представлена на рис. 2. Концы заготовки жестко закреплены (лишены всех степеней свободы), нижний инструмент (матрица), также жестко закреплен. Верхний инструмент (пуансон) имел перемещение только по вертикали.
Были получены данные поведения металла при данном виде деформации и проведено сравнение с реальным экспериментом.
Эксперимент производился на испытательной машине P-20 №1090 ГОСТ 8905-74
Рис. 1. Оснастка для испытаний
Рис. 2. Модельная схема численного расчета
Результаты эксперимента. Результаты экспериментов представлены на рис. 3-4. Размеры толщин заготовок после эксперимента даны в миллиметрах.
Рис. 3. Образец толщиной 1 мм после испытания
Рис. 4. Образец толщиной 2 мм после испытания
В ходе экспериментов выявлено, что наибольшее утонение при наименьшем коэффициенте трения возникает на радиусе изгиба вершины пуансона. При увеличении коэффициента трения в середине изгибаемой пуансоном части заготовки утонение снижаются, а участки ближе к краю заготовки могут утоняться также интенсивно. Рассматривая экспериментальные образцы, можно увидеть, что металл также начинает движение и из-под захватов. Это также влияет на деформацию свободных частей заготовки.
Результаты моделирования представлены на рис. 5-6.
На рисунках четко видна зона утонения заготовки на свободных участках, концы которых жестко закреплены между пуансоном и матрицей.
Проведен сравнительный анализ экспериментальных и расчетных данных.
Расчеты показывают хорошую сходимость данных, что говорит о правильных граничных условиях на контакте пуансона с заготовкой. Однако из-за возможности материала деформироваться из-под прижима, свободная часть заготовки деформируется с меньшей интенсивностью. И при имитации реальных процессов деформирования данную особенность необходимо учесть при задании граничных условий закрепления заготовки.
Рис. 5. Результаты моделирования, s=1,0 мм Рис. 6. Результаты моделирования, s=2,0 мм
Выводы. По результатам моделирования было выявлено, что карта распределения толщин получилась меньше, чем в эксперименте. Связано это с тем, что в эксперименте имеет место незначительное перемещение металла из-под прижима, вследствие чего утонение в материале снижается. В моделировании концы заготовки жестко закреплены (лишены всех степеней свободы). При данном виде формоизменения деформация происходит за счет изменения толщины заготовки.
Список литературы
1. Калпин Ю.Г. Основы методики научных исследований в обработке металлов давлением: учебное пособие. М: Московский политех, 2017. 108 с.
2. Калпин Ю.Г., Перфилов В.И., Петров П.А., Рябов В.А., Филиппов Ю.К. Сопротивление деформации и пластичность металлов при обработке давлением. М.: Машиностроение. 2010, 244 с.
3. Шпунькин Н.Ф. Обработка материалов давлением. М.: Московский политех, 2018. 192 с.
4. Зуев Р.Н., Шпунькин Н.Ф. Вытяжка облицовочных деталей кузова автомобиля. М.: МГТУ «МАМИ», 2006. 152 с.
5. ГОСТ 19904-90. Прокат листовой холоднокатаный. Сортамент, 1990.
6. ГОСТ 1050-2013. Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей. Общие технические условия, 2013.
7. Белоусов В.Б. Исследование влияния неоднородности листовых материалов по толщине // Гагаринские чтения 2018 /Сборник тезисов докладов XLIV Международной молодёжной научной конференции. М.: Издательство: Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 2018. С. 324-325.
8. Шпунькин Н.Ф., Типалин С.А., Гладков В.И., Никитин М.Ю. Исследование обтяжки с растяжением листового материала // Известия МГТУ "МАМИ". М.: МГТУ "МАМИ", 2008. №1 (5). С. 206212.
9. Филиппов Ю.К., Молодов А.В., Зайцев А.Г., Евсиков Р.А. Испытание образцов на двухосное растяжение // Известия Тульского государственного университета Технические науки, 2014. Вып. 10. Ч. 2. С. 126-137.
10. Морозов Ю.А., Верхов Е.Ю., Фролов А.А., Крутина Е.В. Исследование изгибающего момента при формообразовании гнутых профилей методом прокатки на профилегибочном стане // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений, 2016. № 2. С. 45-51.
Типалин Сергей Александрович, канд. техн. наук, профессор, tsa_mami@mail.ru, Россия, Москва, Московский политехнический университет,
Белоусов Владислав Борисович, студент, snf48@yandex.ru, Россия, Москва, Московский политехнический университет,
Шпунькин Николай Фомич, канд. техн. наук, профессор, snf48@yandex.ru, Россия, Москва, Московский политехнический университет
MODELING TENSIONS WITH STRETCHING OF SHEET METAL
S.A. Tipalin, V.B. Belousov, N.F. Shpunkin 182
A study of the tightness with stretching of the material along the punch was carried out. Identified zones undergoing maximum thinning. The effect of lubricant on the deformation process is noted. During the experiments, it is noted that the parameters of the hardening curve have a significant effect on the numerical calculation.
Key words: stretch-tight, contact friction, metal properties, modeling, metal thinning.
Tipalin Alexandrovich Sergey, candidate of technical sciences, professor, tsa_mami@mail.ru, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University,
Belousov Vladislav Borisovich, student, snf48@yandex.ru, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University,
Shpunkin Nikolai Fomich, candidate of technical sciences, professor, snf48@yandex.ru, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University
УДК 621.77.04
АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЯ МИКРОСТРУКТУРЫ МАТЕРИАЛА АМЦ ПРИ ОПЕРАЦИЯХ ПРОКАТКИ И РАВНОКАНАЛЬНОГО УГЛОВОГО
ВЫДАВЛИВАНИЯ
Д. А. Гневашев, Д.Б. Чайка
Прокатка относится к одной из основных способам обработки металлов давлением. Прокаткой получают изделия (прокат) разнообразной формы и размеров. Как и любой другой способ обработки металлов давлением прокатка предназначена для формирования у заготовки требуемых свойств, размеров и структуры. Альтернативой операции прокатки может служить операция равноканального углового выдавливания. В работе представлен анализ изменения микроструктуры материала АМЦ, после операций прокатки и равноканального углового выдавливания (РКУВ).
Ключевые слова: прокатка, равноканальное угловое выдавливание, микроструктура, свойства материала АМЦ.
Во многих отраслях машиностроения наблюдается развитие по изучению изменения микроструктуры и влияние ее на свойства материалов при различных технологических операциях, для получения изделий неограниченной длины и заданной формы поперечного сечения. Основными технологиями в области ОМД, с помощью которых достигаются большие деформации, приводящие к заметному измельчению зерна без разрушения, получения неограниченной длины заготовки, можно выделить прокатку и равноканальное угловое выдавливание. Существенным недостатком операции прокатки в сравнении с операцией РКУВ является: энергоемкость, длительность технологического процесса, наличие термообработки, что сдерживает промышленное производство изделий заданных параметров.
Для проведения анализа сравнения микроструктуры при операциях холодной прокатки и РКУВ был выбран материал АМЦ.
Исследование микроструктуры проводилось на алюминиевом сплаве системы системы А1 - Мп (Алюминий - марганец)- АМЦ, который относится к числу деформируемых давлением, коррозионно-стойких и свариваемых без ограничений сплавов алюминия. Химический состав сплава приведен в таблице.
Химический состав в % материал АМц ГОСТ 4784-97 [4].
Fe Si Mn Al Cu Zn примеси
до 0,7 До 0,6 1-1,5 96,35-99 0,05-0,2 До 0,1 До 0,15
Исходными данными для исследования послужили:
Образцы- прямоугольного сечения размер сторон 6х4мм.
На рис. 1 представлены образцы до и после операции холодной прокатки.
