Моделирование процесса магнитно-импульсной штамповки внутренних продольных каналов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

УДК 539.374:621.762.4.016.2

В. Д. Кухарь, д-р техн. наук, проф., пр°Ректор по научной работе,

(4872) 35-82-00, [email protected] (Россия. Тула, ТулГУ)

Е. М. Селедкин, д-р тех. наук, проф., (4872) 33-44-14, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОЙ ШТАМПОВКИ ВНУТРЕННИХ ПРОДОЛЬНЫХ КАНАЛОВ

Рассмотрено моделирование процесса формирования внутренних продольных каналов методом многопереходного магнитно-импульсного обжима толстостенной трубчатой заготовки на оправке прямоугольной фоомы.

Ключевые слова: многопеуеходный магнитно-импульсный обжим, внутренний продольный канал, трубчатая заготовка.

Рассмотрим процесс формирования внутренних продольных каналов прямоугольного сечения в толстостенных трубных заотовках. Формирование можно осуществить путем магнитно-импульсного обжатия толстостенных трубчатых заготовок на профилированной оправке заданной формы за несколько циклов нагружения по схеме, приеденной на рис. 1 [1].

Эффективность высокоскоростной штамповки с использованием МИУ существенно зависит от оптимаьного сочетания параметров разрядного импульсного ток, таких как, частота, декремент затухания колебаний разрядного ток и др. Установить рационаьные технологические параметры можно, используя математическое и компьютерное моделирование рассматриваемого процесса формоизменения. Ниже рассмотрен подход к построению разрешающей системы уравнений задачи и приедены результаты моделирования процесса формирования внутренних канаов с прямоугольной формой поперечного сечения.

Математическа модель и соответствующа методика численного расчета основаны на использовании вариационного принципа теории пластичности и технике метода конечных элементов (МКЭ) [1].

Рис. 1. Схема процесса формирования канала обжимом на оправке

Расчетна конечно-элементная схема задачи строилась с учетом симметрии (рис. 2) при следующих граничных условиях в скоростях:

уу = 0, = 0.

У у =0 х=0

Рабиение на треугольные элементы выполнялось таким обраом, чтобы в точке касания заготовки с оправкой находился узел.

В процессе формирования канаа происходит последовательное соприкосновение внутренней поверхности заготовки и оправки. Момент касания определяется из совместного решения уравнений контура оправки и траектории движения узла. После касания соответствующего узла в нем переопределяются граничные условия. При поэтапном решении задачи новые граничные условия вступают в силу, начина с последующего временного шага. Корректировка новых координат и векторов скорости производится с учетом краевых условий /{О), когда за промежуток времени &

узел дискретной модели перемещается за преграду (рис. 3).

Рассматриваись граничны условия прилипания и скольжения. В случае прилипания (рис 3, а) новое положение уза соответствует точке пересечения траектории его движения с граничной линией /{О), а его

скорость равна нулю. В случае скольжения (рис. 3, б) узел переносится на граничную линию /{О) по нормали к ней. При этом его нормаьна к /{О) составляюща скорости равна нулю, а касательна составляюща

скорости не изменяется. В даьнейшем основное внимание уделялось граничным условиям скольжения уза по поверхности оправки.

Рис. 2. Расчетная схема задачи формирования канала прямоугольного сечения обжимом трубчатой заготовки на оправке

Уіі

М(ХО

«б)

АС)

V

Прилипание Ч+1=0 а

Скольжение Vk+1= V

б

Рис. 3. Схема учета кинематических граничных условий

Процесс последовательных нагружений рарядными импульсами с межоперационным отжигом моделировася следующим обраом. За исходную форму области решения задачи на каждом последующем цикле нагружения принимаась конечна форма заготовки, полученна на предыдущем разрядном цикле, а механические свойства материаа задавались такими же, какие они были в исходном состоянии.

Уравнения реологического поведения меди при скоростях деформации, характерных для магнитно-импульсной обработки металов, были получены на основе экспериментов по высокоскоростному деформированию обрацов из меди МВ и М2. По результатам проведенных испытаний построены математические модели сопротивления деформации в диапао-не скоростей деформаций 10 <%ё <10 с- : для меди МВ = (220 +

200,5 её 0Д056Х^/4100)0,12 МПа; для меди М2 с = (265,8 +

235,3 её 0’4359Х£ё /2600)0,14 МПа.

Сила, действующая на заготовку со стороны МИУ во время раряда,

описывается следующей функцией: Р() = (р0АеБт22'ф )/(А+и), где р0= 750 МПа - условное давление магнитного поля в момент времени / = 0; ^=20000 с-1 - декремент затухания колебаний рарядного тока; f -рабоча частота колебаний рарядного тока МИУ; А =0,003 м эквиваент-ный заор между иудyлтoрoм и заготовкой; и - перемещение заготовки; / -время. Плотность материаа р = 0,00894 Н/м .

На рис. 4-6 покааны результаты сравнения данных эксперимента и расчета по формоизменению образцов при формировании внутреннего продольного канаа прямоугольной формы с различным соотношением размеров сторон оправки а и Ь после раличных циклов нагружения.

Рис. 4. Форма образца, полученная экспериментально и расчетом

по МКЭ (/ =18 кГц, Ь/а =1):

а - исходная форма образца; б - после первого разрядного импульса; в - после третьего разрядного импульса

а б в

Рис. 5. Форма образца, полученная экспериментально и расчетом

по МКЭ ( ( =12 кГц, Ь/а =1,7):

а - после второго разрядного импульса; р - после третьего разрядного импууьса; в - посуе пятого разрядного импууьса

а б в

Рис. 6. Форма образца, полученная экспериментально и расчетом

по МКЭ (f =6 кГц, b/a =2,4):

а - после первого разрядного импульса; б - после третьего разрядного импульса; в - после шестого разрядного импульса

Анализ результатов показывает, что данная модель реально отражает картину формоизменения заготовки при формировании внутреннего канала прямоугольного сечения.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)».

Библиографический список

1. КухарьВ. Д., Грязев М. В. Конечноэлемет'ный подход к анализу высокоскоростного деформирования трубчатой заготовки из анизотропного материала// Изв. ТулГУ. Технические науки. Вып. 2. Ч.1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. С. 281-288.

V. Kukhar, E. Seledkin

Process modeling of magnetic pulse pressing of inner length way channel

The article considers forming simulation of the internal longitudinal paths by the multistage magnetic-discharge pressing for the heavy-wall tube stocks on the rectangularfixture.

Получено 12.11.2009