CC BY
18
7. Ларин С.Н., Платонов В.И., Коротков В.А. Проектирование матрицы для вытяжки материалов, обладающих плоскостной анизотропией механических свойств // Цветные металлы. 2018. №7. С. 83-87.
Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доцент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Гололобова Любовь Евгеньевна, магистрант, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
STUDY OF POWER AND DEFORMATION PAIR METERS DURING SIDE EXTRACTION
A.A. Pasynkov, L.E. Gololobova
Based on the method of upper estimates, on the basis of the kinematically possible velocity field, the nature of the change in the force, deformation parameters and damage to the material was established depending on the geometry of the tool and the modes of the lateral extrusion process.
Key words: hot deformation, bar stock, pressure, strain rate, pressure treatment.
Pasynkov Andrey Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Gololobova Lyubov Evgenievna, postgraduate, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.983; 539.374
НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ЗАГОТОВКИ В ПРОЦЕССЕ КОМБИНИРОВАННОГО
ВЫДАВЛИВАНИЯ
С.Н. Ларин, В.И. Трегубов, А.Н. Исаева, М.В. Ларина
Выполнено моделирование комбинированного выдавливания для разных размеров геометрии рабочего инструмента и параметров трения. Установлено влияние редукции при выдавливании и коэффициента трения на величины напряжений, деформаций и силу процесса. Исследование выполнено на основе метода конечных элементов.
Ключевые слова: комбинированное выдавливание, напряженно-деформированное состояние, сила, матрица, пуансон.
Важной задачей производства деталей машиностроения является минимизация энергозатрат. В частности, при обработке давлением добиться этого можно путем снижения сил штамповки. Это актуально при процессах выдавливания, где значительные силы деформирования ввиду схемы течения металла. Рассмотрим процесс комбинированного выдавливания плоскоконусным инструментом в целях определения влияния
375
редукции и трения на силу штамповки. На рис. 1 представлена схема процесса. Исследование выполним в программном комплексе DEFORM. Деформируемая деталь имеет следующие размеры: d 0 = 40 мм; dx = 32...35 мм; d 2 = 20...23 мм; d3 = 30 мм; h = 5 мм; c = 1...3 мм. В качестве материала заготовки использовалась сталь 20.
Рис. 1. Схема комбинированного выдавливания
На рис. 2, 3 представлены схемы позволяющие установить значения максимальных по абсолютной величине нормальных напряжений в изделии в процессе выдавливания.
1020
I
dx/ dq = 0,8; d2 / d3 = 0,65
dx/ d 0 = 0,8; d2l d3 = 0,75
Stress - Max principal (MPa)
d1l d0 = 0,9; d2/ d3 = 0,65 d1l d0 = 0,9; d2/ d3 = 0,75
Рис. 2. Схемы к оценке величин максимальных напряжений
в изделии т = 0,08 376
¿1/ ¿0 = 0,9; ¿2/ ¿3 = 0,65 / ¿0 = 0,9; ¿2/ ¿3 = 0,75 Рис. 3. Схемы к оценке величин максимальных напряжений
в изделии т = 0,12
Из представленных рисунков видно, что рост трения между инструментом и заготовкой приводит к росту растягивающих напряжений. Изменение редукции так же влияет на напряженное состояние. В частности, с уменьшением относительных толщин выдавливаемых стенок в двух направлениях одновременно ведет к значительному росту напряжений сжатия, что ведет к росту силы. Растягивающие напряжения отличаются не сильно. При уменьшении относительной толщины в нижней части изделия и неизменной толщине в верхней не сильно отличается от случая, когда толщины пропорциональны. При уменьшении толщины верхней части изделия и неизменной толщины нижней нормальные напряжения начинают расти.
На рис. 4, 5 представлены схемы, позволяющие установить значения интенсивностей деформаций в изделии в процессе выдавливания.
Из представленных выше схем видно, что рост трения и уменьшение относительных толщин стенок изделия ведет к заметному снижению интенсивности деформация. Наибольшее влияние на их снижение оказывает увеличение коэффициента трения.
На рис. 6 представлена полученная зависимость «сила-путь» для разных значений относительных толщин заготовки.
Strain - Effective (mm/mm)
Strain - Effective (mm/mm)
1.25
I
dl/d0 = 0,8; d2/d3=0,65
dl/d0= 0,8; d2/d3=0,75
Strain - Effective (mm/mm)
7.00
6.13
5.25
4.38
3.60
2.63
Strain - Effective (mm/mm
0 875 I
o ooo ®
dl/d0 = 0,9; d2/d3 =0,65
O.QQO
dxl d0 = 0,9; d 2 / d3 = 0,75
Рис. 4. Схемы к оценке величин интенсивностей деформаций в изделии
т=0,08
Из полученной зависимости видно, что сила растет с увеличением относительной величины хода инструмента. Увеличение редукции также ведет к росту величины силы.
На рис. 7 представлены зависимость, позволяющая оценить влияние трения на величину силы выдавливания.
Из полученной зависимости видно, что рост коэффициента трения с 0,08 до 0,12 ведет к росту силы на 5%. Но следует отметить, что в случае когда величины редукций равны dl/ do = 0,9; d2 / dз = 0,65 влияние трения более заметно. В этом случае силы растут на 20 %.
Strain - Effective (mm/mm)
Strain - Effective (mm/mm)
,00
t 'hK'vL
w
p.50 B.OO
I
йх /¿0 = 0,9; ¿2 /й3 = 0,65 й1 /й0 = 0,9; й2 /й3 = 0,75 Рис. 5. Схемы к оценке величин интенсивностей деформаций в изделии
т=0,12
Рис. 6. Зависимость «сила-путь» для разных соотношений размеров:
1 - ¿1/¿0 = 0,8; ¿2/¿3 = 0,65; 2 - ¿1/¿0 = 0,8; ¿2 /¿3 = 0,75;
3 - ¿1/¿0 = 0,9; ¿2/¿3 = 0,65; 4 - /¿0 = 0,9; ¿2 /¿3 = 0,75
379
Р,
кН
3100 ZM5D 2700 1500 2300 2100 Soo
1700 1500
0.0Е 0,035 0.09 0,055 ОД 0,105 0,11 0,115 ^[
Рис. 7. Зависимость силы процесса от коэффициента трения:
1 - d1 / d0 = 0,8; d2 / d3 = 0,65; 2 - d1 / d0 = 0,8; d2 / d3 = 0,75 ;
3 - di / d0 = 0,9; d2 / d3 = 0,65; 4 - di / d0 = 0,9; d2 / d3 = 0,75
В целом, по результатам моделирования можно сказать, что величины трения не оказываю существенного влияния на силу процесса. На величину силы оказывает наибольшее влияние редукция. Однако и трение влияет на величины напряжений и деформаций. Следует уделить влияние геометрическим параметрам матрицы и пуансона при дальнейшем изучении процесса.
Работа выполнена в рамках гранта РФФИ 20-08-00401.
Список литературы
1. Яковлев С.П. Обработка давлением анизотропных материалов / С.П. Яковлев, С.С. Яковлев, В.А. Андрейченко. Кишинев: Квант. 1997. 332 с.
2. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1968. 283 с.
3. Чудин В.Н., Пасынков А. А. Нестационарные процессы изотермической штамповки // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением. 2018. №6. С. 23-28.
4. Пасынков А.А., Борискин О.И., Ларин С.Н. Теоретические исследования операции изотермической раздачи труб из труднодеформируемых цветных сплавов в условиях кратковременной ползучести // Цветные металлы. 2018. №2. С. 74-78.
5. Полухин П.И., Гун Г.Я., Галкин А.М. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов. Справочник. M.: Металлургия, 1976. 488 с.
6. Демин В.А., Черняев А.В., Платонов В.И., Коротков В.А. Методика экспериментального определения механических и пластических свойств материала при растяжении с повышенной температурой // Цветные металлы. 2019. №5. С. 66-73.
Ларин Сергей Николаевич, д-р техн. наук, профессор, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Трегубов Виктор Иванович, д-р техн. наук, профессор, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Исаева Анна Николаевна, аспирант, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ларина Марина Викторовна, канд. техн. наук, доцент, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
STRESS-STRAIN STA TE OF THE WORKPIECE IN THE PROCESS OF COMBINED EXTRUSION
S.N. Larin, V.I. Tregubov, A.N. Isaeva, M. V. Larina
Combined extrusion modeling was performed for different sizes of the working tool geometry and friction parameters. The influence of compression during extrusion and the coefficient of friction on the values of stresses, deformations, and the force of the process is established. The study is based on the finite element method.
Key words: combined extrusion, stress-strain state, force, matrix, punch.
Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Tregubov Victor Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Isaeva Anna Nikolaevna, postgraduate, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Larina Marina Vicktorovna, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
