CC BY
16
УДК 621.983.7
НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЛОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ
ОБОЛОЧКИ ПРИ ОБЖИМЕ
П.В. Романов
Выполнено исследование операции обжим без утонения стенки полой цилиндрической оболочки, изготовленной из Латуни Л63, с помощью компьютерного моделирования процесса в программном комплексе QFORM 2D-3D v7.
Ключевые слова: обжим, напряжения, деформации, моделирование, сила, трение, конусность,
QForm.
В различных отраслях машиностроения находят широкое распространение различного рода конические патрубки, например, в трубопроводных системах, корпусных деталях, реактивных двигателях, летательных аппаратах, различных резервуарах и т.д. К элементам таких изделий относят концентрические осесимметричные переходники, позволяющие осуществлять соединение труб различных диаметральных размеров. Обычно к ним предъявляют повышенные требования по механическим и эксплуатационным характеристикам, размерной точности и качеству получаемой поверхности. Существенной экономии материла в процессе изготовления конических патрубков можно достигнуть путем использования трубных заготовок вместо цилиндрических, полученных методами глубокой вытяжки из плоских листовых заготовок. При этом коэффициент использования металла увеличивается многократно и, соответственно, значительно сокращаются отходы при последующей обработке резанием.
Одним из способов получения конических оболочек является обжим трубных заготовок в матрице конического профиля (рис. 1). Внешняя сила, действующая продольно на пуансон, перемещает пуансон и заготовку относительно матрицы и, постепенно вытесняясь в ее рабочую полость, принимает форму цилиндра меньшего диаметра с коническим переходом [1 - 4].
Здесь используется одна из наиболее распространенных разновидность обжима в коническую матрицу, так называемый обжим с выходом в цилиндр, когда в результате формируется изделие, имеющее у края цилиндрический участок с диаметром, меньшим диаметра исходной заготовки.
В данных исследованиях для анализа напряженного и деформированного состояний и выявления силовых характеристик операции обжима без утонения использован метод конечных элементов.
Рис. 1. Схема исследуемого процесса: 1 - пуансон; 2 - заготовка; 3 - матрица
Для нахождения силовых параметров формоизменения полых осесимметричных заготовок обжимом используем модель представляющую собой цилиндрическую заготовку в формате 3D. В связи с изложенными положениями для моделирования данной формоизменяющей операции выбираем программный продукт QFORM 2D-3D v.7, который позволяет проводить виртуальное моделирование процессов объемной штамповки с использованием 3D конечных элементов пирамидальной формы [5]. Прорисовку геометрических элементов экспериментальных штампов и исходных заготовок могут использоваться программные продукты, такие как КОМПАС 3D и SOLIDWORKS . На рис. 1 показана модель экспериментального штампа и заготовки в процессе моделирования в среде программного комплекса QFORM 2D-3D.
В качестве заготовки использовалась труба из Латуни Л63, кривая упрочнения которой приведена на рис. 2. В процессе исследования менялся радиус и угол наклона переходной полости матрицы, коэффициент трения и начальный диаметр заготовки.
Технологии и оборудование обработки металлов давлением
1 - никель НП2; 2 - латунь Л63; 3 - медь М1; 4 - дюралюминий Д1
На рис. 3 приведены графики и шкалы распределения напряжений в полуфабрикате после реализации моделируемой операции обжим.
а б в
Рис. 3. Распределение напряжений в пластической области при обжиме:
а - 8ЗГ =1,5 мм, б - 8ЗГ =2,5 мм, в - 8ЗГ =3,5 мм (ОС =20°; Ям=2 мм; ц=0,1)
На рис.4 показаны отдельные результаты виртуальных исследований деформированного состояния трубной заготовки.
а б в
Рис. 4. Распределение интенсивности деформаций при обжиме:
а - 8ЗГ =1,5 мм, б - 8ЗГ =2,5 мм, в - 8ЗГ =3,5 мм (ОС =20°; Ям=2 мм; ц=0,1)
Рис 5. Графики изменения силы операции от величины радиуса закругления матрицы: а - без учета трения; б - с учетом трения ¡л = ОД
(1 - Л'., =3,5 мм; 2 - Л'.Л =2,5 мм; 3 - Л'.Л =1,5 мм) 137
Выводы:
1. Анализ результатов расчетов и построенных графиков, показанных на рис. 3...5, свидетельствует, что с ростом исходной толщины стенки заготовки 8зГ происходит увеличение напряжений и интенсивности деформаций в очаге формоизменения. Варьирование угла наклона конусности матрицы приводит к выявлению оптимальных значений углов в пределах 15...20°, соответствующих наименьшей величине силы процесса обжима. Не учет силы трения при моделировании операций процессов ОМД приводит к занижению среднего значения силы на 15.20%.
2. Результаты виртуального исследования методом конечных элементов операции обжим трубного полуфабриката в конической матрице позволяют установить закономерности изменений силовых параметров операции обжим без утонения стенки от углов конусности рабочего участка матрицы, коэффициентов трения, коэффициента обжима, определить оптимальные значения углов конусности матрицы.
Список литературы
1. Аверкиев Ю.А., Аверкиев А.Ю. Технология холодной штамповки: учебник для вузов. М.: Машиностроение, 1989. 304 с.
2. Попов Е.А., Ковалев В.Г., Шубин И.Н. Технология и автоматизация листовой штамповки. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. 480 с.
3. Ковка и штамповка: Справочник: В 4 т. Т. 4. Листовая штамповка / под общ. ред. С. С. Яковлева; ред. совет: Е.И. Семенов (пред.) и др. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2010. 732 с.
4. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Л.: Машиностроение, 1979. 520 с.
5. QForm: ООО «КванторФорм». [Электронный ресурс] URL: http://www. qform3d.ru/ prod-ucts/qform (дата обращения: 17.11.2018).
Романов Павел Витальевич, студент, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
STRESS-STRAIN STATE OF HOLLOW CYLINDRICAL SHELL DURING CRIMPING
P. V. Romanov
A study of the operation of crimping without thinning the wall of a hollow cylindrical shell made of Brass L63, using computer simulation of the process in the software package QFORM 2D-3D v7.
Key words: crimp, stress, strain, simulation, force, friction, taper, QForm.
Romanov Pavel Vitalyevich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.98; 539.376
ОЦЕНКА НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРИ ОДНОВРЕМЕННОЙ РЕАЛИЗАЦИИ ОСАДКИ
И ОБРАТНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
Л.Е. Гололобова, И.В. Чупеткин, И. А. Чижов
В статье приводятся результаты оценки напряженно-деформированного состояния заготовки в процессе одновременной реализации осадки и выдавливания прутковой заготовки из титанового и алюминиевого сплавов. Исследования выполнялись на базе конечно-элементного моделирования. Было выявлено влияние степени деформации, технологических параметров на напряжения и деформации исследуемого процесса.
Ключевые слова: осадка, выдавливание, совмещение операций, напряжения, деформации, теоретический анализ.
В работах [1, 2] представлены результаты математического и компьютерного моделирования совмещенного процесса осадки и обратного выдавливания цилиндрической заготовки из цветных специализированных сплавов. В ходе исследований, выполнявшихся в этих работах было выявлено влияние
138
