CC BY
19
УДК 621.983.3
НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ МЕТАЛЛА ПРИ РОТАЦИОННОЙ ВЫТЯЖКЕ С УТОНЕНИЕМ СТЕНКИ
А.И. Вальтер, Д.В. Юрков
Приведены результаты теоретического исследования напряженно-деформированного состояния заготовки при ротационной вытяжке шариковыми раскатными устройствами. Установлен характер изменения среднего давления в зависимости от трения, размеров давильного элемента, степени деформации, а также контактного давления от условий трения.
Ключевые слова: ротационная вытяжка, среднее давление, упругопластиче-ская модель, контактное напряжение, трение, степень деформации.
Для определения распределения напряжений, деформаций и сил трения при деформировании сферическими давильными элементами использовалась методика на базе метода конечных элементов для упругопластической модели. Расчет производился поэтапно для малых приращений внешней нагрузки [1].
Схема процесса прямого деформирования раскатными устройствами представлена на рис.1.
Рис. 1. Схема деформирования раскатными устройствами
При вычислении напряжений, возникающих в зоне деформации в процессе ротационной вытяжки (РВ), варьировались следующие параметры: ^^ = 0,1...4,0; коэффициент трения m = 0,05...0,5; показатель упрочнения 1 = 0...2 (1 = 0 соответствует деформации без учета упрочнения).
Результаты расчетов для материала 12Х18Н10Т представлены в виде графических зависимостей на рис. 2-6.
Из рис. 2 видно, что среднее давление на давильный элемент Рср и среднее значение главного продольного напряжения qB(aB) линейно зависят от показателя формы очага деформации, причем эта зависимость возрастает с увеличением коэффициента трения m.
Данные представленные на рис. 3, показывают резкое падение контактных напряжений и увеличение необходимого ав с изменением формы очага деформации (£
изменяется при ^^ = const).
Рост упрочнения (увеличение 1), естественно, повышает рабочие напряжения, особенно в области больших деформаций (рис.4).
331
Рис.2. Влияние параметра при e = 0,3; 1 = 0; а — на среднее давление Рср; б — на напряжение ав; 1 - / =0,05; 2 — 6увеличение / через 0,05; 7- / = 0,4; / = 0,5
, кНУмм3
г
а
кНУмм 1 5
1,0
0,5
5 4 3 2 1
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
s-
О
Рис. 3. Влияние параметра e при / = 0,2; 1 = 0: а — на среднее давление Р
ср
б — на ав; 1 - L^ = 0.5; 2 - L= 1; 3, 4, 5 - L=2, 3, 4
Рис.4. Влияние параметра e при / =0,2; W = 2: а — на среднее давление Р
H
б — на ав: 1 - 1 = 0; 2 - 1 = 0,5; 3 - 1 = 1; 4 - 1 = 1,5; 5 - 1 = 2
ср
Распределение контактных давлений (рис. 5, а) в значительной мере определено значением коэффициента трения.
кН/мм
1л
rdJy2 \
кН/мм3
0,5
1,0
1,5 L,mm-
2,0 0
------
—■----
0,5
1,0
1,5
L,mm-
2,0
а) б)
Рис. 5. Распределение давлений по дуге захвата: а - при L,£ и 1 — const : 1 - /I = 0,4; 2 - /I =0,2; 3 - / = 0.1; б - L,e и / - const: 1 - 1 = 2; 2 - 1 = 1;
3 - 1 = 0
При деформировании по данной схеме наблюдается некоторое смещение критического сечения (зоны максимальных растягивающих напряжений) в сторону выхода материла из пластической области с повышением коэффициента трения. Рис. 5, б показывает, что распределение давлений в зоне деформации при прямом способе ротационной вытяжки принципиально отличается распределения давления при обратном способе РВ, при котором характерно более высокое давление на входе материала в очаг пластической деформации.
В рассматриваемом случае характер эпюры давлений определен величиной упрочнения и действием осевого напряжения.
На рис. 6 показаны характерные для исследуемого процесса эпюры касательного напряжения на контактной площадке. Они также подтверждают, что принятый критерий оценки фактического напряжения ав принят корректно (площади эпюр Тк для зон перед давильным элементом и после него равны).
кЮ'мм3
1,5.-
1,0 к0,5 0
-0,5 -1,0 -1Д
0
0.5
1.0
а)
1,5 2,0 L ,мм-
Рис. 6. Распределение касательных напряжений тк по дуге захвата при: а - L,e и 1 — const: 1 - / = 0,4; 2 - / =0,2; 3 - / = 0.1; б - L,e и / - const: 1 - 1 = 2; 2 - 1 = 1; 3 - 1 = 0
Анализ проведен при широком диапазоне варьирования параметров с целью выявления характерных зависимостей для процессов изучаемого типа. Реальный процесс ротационной вытяжки характеризуется более узкими интервалами изменения технологических параметров. Например, коэффициент трения обычно не превышает 0,1, отношение LH не превышает 2,0 и т.д.
На основании проделанной работы можно сделать следующие выводы:
1. Экспериментальные данные подтверждают установленную теоретическим решением закономерность: с ростом относительного обжатия растягивающее напряжение в очаге деформации ав возрастает весьма интенсивно, в то время как среднее давление Рср снижается.
2. Значения расчетных и экспериментальных данных достаточно близки; для растягивающего напряжения погрешность расчета 8ав возрастает с увеличением обжатия, что связано с приближенным (в модели) учетом упрочнения по линейному закону.
3. Отклонение опытных и расчетных данных средних значений давления 5рср
выше в области небольших деформаций; это обусловлено сложностью точного определения площади контакта в связи с относительно большим влиянием в этой области упругих деформаций.
Список литературы
1. Баранов А. А., Вальтер А.И., Коротков В. А., Юдин Л.Г. Ротационная вытяжка оболочек / А.А. Баранов, А.И. Вальтер, В.А. Коротков, Л.Г. Юдин. Тула, Машиностроение -1, 2005. 280 с.
2. Вальтер А. И., Наумов Д.М. Математическая модель процесса вытяжки с утонением стенки на базе МКЭ // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2008. Вып. 4. С. 96-101.
Вальтер Александр Игоревич, д-р техн. наук, профессор, valter.alekaramhler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Юрков Дмитрий Владимирович, аспирант, valter.alek@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
METAL WHEN ROTATING THE HOOD WITH WALL THINNING A.I. Valter, D.I. Yurkov
The results of the theoretical study of the stress-strain state of the workpiece during the rotary drawing ball rolling devices. The character of change of average pressure depending on friction, the sizes of a pressure element, degree of deformation, and also contact pressure from friction conditions is established.
Key words: rotational drawing, mean pressure, elastic-plastic model, contact stress, friction, degree of deformation.
Valter Alexander Igorevich, doctor of technical sciences, professor, valter. alek a ramhler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Yurkov Dmitri Vladimirovich, postgraduate, valter. alek@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
