CC BY
82
УДК 621.7, 539.3
А.Н. Пасько, д-р техн. наук, доц., (4872) 35-18-32, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
O.A. Ткач, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-18-32, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
Л.П. Семенова, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-18-32, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
ОСАДКА ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЗАГОТОВКИ В КОЛЬЦЕВУЮ МАТРИЦУ
Представлены результаты исследования напряженно-деформированного состояния цилиндрической заготовки при осадке в кольцевую матрицу. Математическая модель строилась на использование трехмерных конечных элементов.
Ключевые слова: осадка, напряженно-деформированное состояние, трехмерное моделирование.
Проводилось исследование напряженно-деформированного состояния сплошной цилиндрической заготовки при осадке в кольцевую матрицу. Рассматривались образцы из стали ШХ15 размерами D = 50 мм, ¿/=10 мм, /7 = 10 мм. Варьировался зазор полости матрицы А = 5,10,15 мм и коэффициент трения fi = 0,3; 0,4. Степень осадки принималась равной 50 %. Операция проводилась в гидравлическом прессе номинальным усилием 50 МН.
В ходе процесса деформирования сплошная цилиндрическая заготовка осаживалась пуансоном, при этом часть материала заготовки перемещалась в радиальном направлении, формируя фланец, а часть смещалась в осевом направлении в полость кольцевой матрицы, формируя ступицу переменной толщины, которая зависела от величины зазора А.
В результате формировалась поковка тороидальной формы со ступицей заданных размеров (рис. 1), с дальнейшей возможностью пробивки отверстия.
Рис. 1. Поковка
11
Данная схема деформирования была рассмотрена с целью разработки технологического процесса получения детали типа втулки с фланцем [1], в ходе которого имелась возможность устранить ряд дефектов деформирования, возникающих при осадке низкой кольцевой заготовки в кольцевую матрицу [2].
Математическая модель основана на методе конечных элементов, предоставляет возможность трехмерного моделирования процессов обработки металлов давлением, что делает возможным путем варьирования различных геометрических и технологических параметров процесса находить оптимальные условия деформирования для снижения технологической силы, однородного распределения накопленной деформации и температуры.
Геометрия заготовки и инструмента моделировались с использованием CAD системы, материал заготовки, вид оборудования и вид смазки (коэффициент трения) выбирались из базы данных, процессы в инструменте не моделировались.
Рассматривалась кинематика течения материала в ходе реализации процесса (рис. 2). Течение материала при деформировании неоднозначно, так как формируются две зоны разделения течения металла, которые соответствуют границам полости матрицы. В зоне формирования ступицы на во всем объеме заготовки преобладает осевое течение материала. На внешнем диаметре полости матрицы формируется радиальный поток, который приводит к образованию фланца заготовки. Около оси симметрии материал заготовки также смещается в осевом направлении, поэтому на внутреннем диаметре полости матрицы граница не столь ярко выражена.
Рис. 2. Кинематика течения металла
Анализ деформационных характеристик процесса (рис. 3) показал, что их значения в радиальном направлении превышают осевые в 5 - 7 раз. А наибольшие величины степени деформации сосредоточены на радиусах
12
полости матрицы, которые служит границей раздела течения металла. Здесь реализуются деформационные характеристики, превышающие радиальные в 2 - 3,5 раза. Причем наибольшие деформационные показатели соответствуют внешнему диаметру полости матрицы, там их значения превышают аналогичные характеристики на внутреннем диаметре на 10 -15 %.
Рис. 3. Деформированное состояние заготовки
Напряженное состояние заготовки представлено зависимостями интенсивности напряжения в ходе проведения операции (рис. 4) в элементах на внешней поверхности формирующегося фланца поковки (3), а также на внешней (1) и внутренней (2) поверхности ступицы.
1000
о,
МПа
600
400
1 V 2 3 \
\ . ^
/ / / / / / /У
0,02 0,04 0,06 { с 0,1
Рис. 4. Интенсивность напряжений в объеме заготовки
Графики носят возрастающий характер. Наибольшие значения исследуемого параметра соответствуют внешней поверхности ступицы поковки, при этом на внутренней поверхности реализуются значения интенсивности напряжений на 6 - 8 % меньше. В определенный момент времени наблюдается стабилизация значений, как на внешней, так и на внутренней поверхности, которая соответствует окончанию перехода элементов заготовки через радиус полости матрицы.
Рис. 5. Зависимость технологической нагрузки от времени процесса: 1 - А = 5 мм, 2 - А = 10 мм, 3 - А = 15 мм
Силовые характеристики процесса представлены графиками зависимости нагрузки Р от времени t (рис. 5).
Их анализ показал, что наиболее энергоемким является процесс осадки заготовки в кольцевую матрицу с величиной зазора полости матрицы А = 5 мм, с увеличением значения данного параметра происходит снижение потребной силы деформирования.
Изменение коэффициента трения с ju = 0,3 до jii = 0,4 оказывает незначительное влияние на силовые характеристики процесса.
Исследования проводились в рамках гранта РФФИ 10-01-97507-рцентра.
Список литературы
1. Кухарь В.Д., Ткач О.А. Осадка кольца в матрицу различной геометрии // Заготовительные производства в машиностроении. 2011. №1. С. 10-25.
2. Кухарь В.Д., Пасько А.И., Ткач О.А. Оценка влияния технологических параметров на силовые характеристики процесса осадки кольца // КШП ОМД. 2010. № 9. С. 9 - 19.
A.N.Pasko, O.A.Tkach, L.P.Semenova
DEPOSIT OF CYLINDRICAL PREPARATION IN THE RING MATRIX
Results of research of a napryazhennodeformirovanny condition of cylindrical preparation are presented at a deposit in a ring matrix. The mathematical model was under construction on use of three-dimensional final elements.
Key words: deposit, napiyazhennodeformirovanny condition, three-dimensional modeling.
Получено 24.08.12
