CC BY
62
УДК 621.983; 539.374
НЕОДНОРОДНОСТЬ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ ПО ТОЛЩИНЕ ДЕТАЛИ ПРИ ОБЖИМЕ ТОЛСТОСТЕННЫХ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК
С.С.Яковлев,К.Х. Нгуен, О.Н.Митин
Установлены закономерности влияния технологических параметров на неоднородность распределения деформаций по толщине детали при обжиме толстостенных трубных заготовок методом конечных элементов на основе программного комплекса QFORM 2В-3В\. 7.
Ключевые слова: моделирование, обжим, неоднородность, матрица, пуансон, сила, коэффициент обжима, трубная заготовка, QFORM 20-30, напряжение, степень деформации.
В работе [1, 2] выполнено моделирование операций обжима и обжима с утонением толстостенных трубных заготовок конической матрицей методом конечных элементов. Выявлено влияние угла конусности матрицы, коэффициента трения, коэффициента обжима и утонения на силовые режимы операций обжима и обжима с утонением стенки тонкостенных трубных заготовок.
Ниже приведены результаты теоретических исследований неоднородности распределения деформаций по толщине детали при обжиме толстостенных трубных заготовок методом конечных элементов на основе программного комплекса QFORM 2D-3Dv. 7.
Для исследования влияния технологических параметров на неоднородность распределения деформаций по толщине детали при обжиме толстостенных трубных заготовок используется модель, которая представляет собой полую осесимметричную заготовку в 3D из стали 10 (^02 = 210 МПа;
ов = 340 МПа). Для моделирования операции обжима трубных заготовок выбран программный комплекс QFORM 2D-3Dv. 7 [3]. Для создания геометрии деталей экспериментальных штампов и заготовок используем программный комплекс КОМПАС 3Dv. 13 и SOLIDWORKS 2010. Расчеты операции обжима выполнены для трубных заготовок при следующих геометрических размерах заготовки и технологических параметрах операции: Н0 = 130 мм; В0 = 80 мм; s0 = 6 мм; ц = 0,1;0,15;0,2, а =100; 200; 300итоб = 0,6; 0,7; 0,8.
Рассматривались напряженное и деформированное состояния в характерных трех точках Р0, Р1, Р2, соответствующих внутренней, свободной и контактной поверхности трубной заготовки. На рис. 1 представлена схема положений элементов в конечно-элементной сетке при обжиме без утонения в трубной заготовке.
Рис. 1. Положение элементов в конечно-элементной сетке при обжиме толстенных заготовок:
1 - элемент №1(Р°); 2 - элемент №2 (Р1); 1 - элемент №3 (Р2)
На рис. 2 представляются графические зависимости изменения величины степени деформации е от относительной величины перемещения И = И / в выбранных точках очага пластической деформации.
0.6
0.4
0.2
2
\_1_ VI
0 5 10 15 А
Рис. 2. Зависимости изменения еотИ(а = 10°;т = °Д; тоб = 0,6):
1 - Ро; 2 - Р1; 3 - Р2
Анализ графических зависимостей показывает, что с увеличением относительной величины перемещения И степень деформации е увеличи-
вается на каждом этапе операции обжима в каждом слое трубной заготовки. После окончания стадии обжима величина степени деформации е не изменяется. Установлено, что степень деформации е увеличивается от точки контактной поверхности до точки свободной поверхности заготовки на 15...25 %.
Неоднородность распределения степени деформации по толщине трубной заготовки е оценивалась коэффициентом неоднородности степени деформации
ке = (е max — е min)/ еср, где етах, етщ, еср - максимальная, минимальная и средняя величины
степени деформации соответственно.
На рис. 3 приведены графические зависимости изменения коэффициента неоднородности степени деформации ке от коэффициента трения т. Анализ графических зависимостей показывает, что с увеличением коэффициента трения от 0,1 до 0,2 коэффициент ке увеличивается на 10.15 % (рис. 3).
к
2.10 2.04 1.97 1.91 1.85
0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 М
Рис. 3. Зависимость изменения кеот/и(а = 100;тоб = 0,6):
1 - Р; 2 - Р; 3 - Рз
Графические зависимости изменения коэффициента неоднородности степени деформации ке от угла конусности а приведены на рис. 4. Анализ графических зависимостей показывает, что кривая линия Р0 имеет наибольшую кривизну. Установлено, что с изменением угла конусности а от 10 до 30° коэффициент неоднородности степени деформации ке изменяется на 19.32 %. Кривая, обозначающая линию /2, имеет наименьшую кривизну. На контактной поверхности коэффициент неоднородности степени деформации ке изменяется плавно с увеличением
угла конусности а .
К
2.5
2
1.5
10 15 20 25 а
Рис. 4. Зависимости изменения кеота(т = 0,1; тоб = 0,6):
1 - Р1; 2 - Р2; 3 - Р3
На рис. 5 приведены графические зависимости изменения коэффициента неоднородности степени деформации ке от коэффициента
обжима тоб.
0.6 0.65 0.7 0.75 и*
Рис. 5. Зависимости изменения ке от тоб (а = 200; т = 0,1):
1 - Ро; 2 - Р; 3 - Р2
Установлено, что с увеличением коэффициента обжима от 0,6 до
0,8 коэффициенткеизменяется на 5.15 %. Показано, что степень деформации интенсивно изменяется на контактной поверхности заготовки и сосредотачивается на свободной поверхности.
13
Выводы
1. Установлено, что с помощью программного комплекса QFORM 2D-3D методом конечных элементов может быть выполнено исследование неоднородности распределения деформаций по толщине детали при обжиме толстостенных трубных заготовок.
2. Выявлены закономерности влияния технологических параметров (угла конусности матрицы, коэффициента трения и коэффициента обжима) на неоднородность распределения деформаций по толщине детали при обжиме толстостенных трубных заготовок.
Список литературы
1. Яковлев С.С., Нгуен К.Х. Исследование силовых режимов процесса обжима цилиндрических заготовок // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2014. Вып. 4. С. 64-69.
2. Митин О.Н., Нуждин Г. А., Нгуен К.Х. Моделирование операции обжима с утонением толстостенных трубных заготовок// Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2014. Вып. 5. С. 57 - 65.
3. Биба Н.В., Стебунов С.А. QForm 5.0 - программный инструмент для повышения эффективности производства в обработке металлов давлением. 2008.
Яковлев Сергей Сергеевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Нгуен Куок Хуи, асп., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Митин Олег Николаевич, канд. техн. наук, докторант, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, ОАО «НПО «СПЛАВ»
THE INHOMOGENEITY OF THE STRAIN DISTRIBUTION BY THINKNESS OF DETAILS AT THE SQUEEZING OF THINK-WALLED TUBE WORKPIECES
S.S. Yakovlev, Q.H. Nguyen, O.N. Mitin
The regularities of the effect of technological parameters on the inhomogeneity of the strain distribution by thickness of details at squeezing operation of thick-walled tube workpieces using the finite element method on based software QFORM 2D -3D v. 7 are established.
Key words: Simulation, the squeezing, the inhomogeneity, Bottom Die, Top Die, the force, the coefficient of squeezing, tube workpieces, QFORM 2D-3D, stress, strain rate.
Yakovlev Sergey Sergeevich, doctor of technical sciences, professor, the head of chair, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Nguyen Quoc Huy, postgraduate, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Mitin Oleg Nikolaevich, candidate of technical sciences, doctoral, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, OPC “SPA “SPLAV”
УДК 539.374; 621.983
ПОВРЕЖДЁННОСТЬ ДЕФОРМИРУЕМОГО МАТЕРИАЛА
НА ОПЕРАЦИЯХ ВЫТЯЖКИ С УТОНЕНИЕМ СТЕНКИ
В.Ю.Травин
Проводится оценка допустимых операционных степеней деформации при вытяжке, позволяющих создать интенсивную технологию изготовления глубоких корпусных осесимметричных изделий и исключить возможность образования в структуре материала крупных полостных дефектов.
Ключевые слова: вытяжка с утонением, повреждённость, напряжение, деформация, операция, степень деформации, наследственность.
Технология изготовления глубоких осесимметричных корпусов основывается на операциях вытяжки с утонением стенки. Поэтому процесс развития повреждённости деформируемого материала на операциях вытяжки оказывает существенное влияние как на технологические параметры, в первую очередь, на операционные степени деформации, так и на наследование готовыми изделиями эксплуатационных характеристик, формируемых при технологии их изготовления.
На развитие повреждённости материала микродефектами оказывает влияние напряжённое и деформируемое состояния при пластической деформации. Детальному исследованию напряжённо-деформированного состояния и анализу процесса пластического формоизменения при вытяжке осесимметричных деталей посвящено много работ [1 - 7]. Систематизированный обзор их результатов в отношении прогнозирования повреждённо-сти обрабатываемых материалов микродефектами деформационного происхождения приводит к следующим выводам. Развитие микротрещин и микропор в структуре обрабатываемого материала происходит под преобладающим действием меридиональных растягивающих напряжений, создающих жёсткую схему напряжённого состояния. Под действием растяги-
