CC BY
28
УДК. 539.3, 621.7
А.Н. Пасько, д-р техн. наук, доц., (4872) 35-18-32, tm@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
Л.П. Семенова, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-18-32, tm@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
ОСОБЕННОСТИ МНОГОПЕРЕХОДНОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ СТЕРЖНЕВЫХ ЗАГОТОВОК
Представлены результаты исследования процесса формообразования головной части оживальной формы на стержневых заготовках. Отмечены основные особенности напряженно-деформированного состояния заготовки в ходе деформирования. Показаны силовые характеристики процесса.
Ключевые слова: стержневые заготовки, сила, деформации, напряжения.
Особенности изготовления изделий типа «стержень с оживальной головной частью» обусловлены трудностями, связанными с достижением больших перепадов диаметра на торцевом участке тонкого цилиндрического стержня, при необходимости обеспечения высокой производительности, единообразия и требуемого качества поверхности.
Наиболее эффективной для получения подобного рода деталей является обработка металлов давлением, позволяющая получать детали с достаточной точностью, практически без потерь материала. Вместе с тем повышается производительность, а получаемые изделия имеют требуемые характеристики.
Задачей теоретического исследования являлось обоснование многопереходного деформирования заготовки, которое определялось предельными возможностями пластического формоизменения на одном переходе или вытеканием металла в зазор в месте смыкания пуансона и матрицы. Для восстановления ресурса пластичности предполагалось введение промежуточных термохимических операций, которые позволяют получить после каждого перехода начальные механические свойства материала.
Для исследования процесса формирования оживальной головной части используется математическая модель на базе конечно-элементного подхода, в которой рассматривается половина меридионального сечения осесимметричной заготовки [1].
Использование МКЭ позволяет представить объект через узловые точки, связанные структурными элементами. При решении задачи на систему требовалось наложить ряд ограничений (граничных условий), адек-
ватно отражающих картину течения материала в процессе деформирования. Были сформированы и приняты следующие граничные условия:
1. Рассматривается осесимметричное состояние, где ОЕ - ось симметрии.
2. Пересечение узлами заготовки границ инструмента (отрезки АВ, BF, FH, DC, CG) ограничено в силу непроницаемости его контуров, т.е. любое пересечение границ пуансона или матрицы не допускается.
3. Движение узлов, расположенных на свободной поверхности, ничем не ограничено и происходит в соответствии с заданными характеристиками материала.
4. При формировании головной части границы пуансона (отрезки АВ, BF и FH) подвижны, а границы матрицы (отрезки DC, CG) остаются неподвижны.
Исследовался процесс формообразования оживальной головной части стержневой заготовки из стали У12А (Е - модуль Юнга, равный 200 ГПа, Н - модуль упрочнения, равный 600 МПа, ат - предел текучести, равный 800 МПа, V - коэффициент Пуассона, равный 0,1) (рис. 1).
XI
-£*
44
ъ
15,79
20,47М2 («.*)
Рис. 1. Чертеж изделия типа «стержень с оживальной головной частью»
Расчетная схема процесса представлена на рис.2.
Е і
Р
А в
/"У"'
О і
Рис. 2. Схема формирования головной части оживальной формы на стержневой заготовке: 1 - пуансон; 2 - заготовка; 3 - матрица
На рис. 3 представлена картина образования заусенца при достижении технологического усилия критического значения формировании головной части.
Рис. 3. Картина образования заусенца в зазоре между пуансоном
и матрицей
3
Проведенные расчеты показали, что для получения изделия, показанного на рис. 1, требуется шесть технологических переходов, причем на первых двух осуществляется формирование конической части, а на остальных - оживальной.
На рис. 4 представлены технологические переходы при формоизменении головной части стержневой заготовки.
" №
1 переход 2 переход 3 переход 4 переход 5 переход 6 переход Рис. 4. Технологические переходы формирования головной части
Проанализировав результаты расчетов, было установлено, что при формировании оживальной головной части наиболее нагруженными элементами являются элементы № 1 и № I авленные на рис. 5.
Рис. 5. Положение элементов в конечно-элементной сетке
при деформировании
Напряженно-деформированное состояние в этих элементах представлено на рис 6 - 9.
Рис. 6. Распределение компонент напряжений и деформаций на первом переходе: стд, стг, стг - окружное, радиальное, осевое напряжения; вд, вг , в2 - окружная, радиальная и осевая деформации
Рис. 7. Распределение компонент напряжений и деформаций на третьем переходе: стд, стг , стг - окружное, радиальное, осевое напряжения; вд, вг, в2 - окружная, радиальная и осевая деформации
Рис. 8. Распределение компонент напряжений и деформаций на четвертом переходе: стд, стг, стг - окружное, радиальное, осевое напряжения; е§, ег, е2 - окружная, радиальная и осевая деформации
0 10 20 30 40 50 60 70 80 Шаг 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Шаг 100
Рис. 9. Распределение компонент напряжений и деформаций на шестом переходе: стд, стг, стг - окружное, радиальное, осевое напряжения; е§, ег, е2 - окружная, радиальная и осевая деформации
Анализ результатов (см. рис. 6 - 9) показал, что напряженное состояние на всех технологических переходах является сжимающим, однако деформированное состояние существенно изменяется после первых четырех переходов на которых осевая деформация была растягивающей. а радиальная и окружная - сжимающие, на окончательных переходах эта картина меняется на противоположную, что связано с набором толщины ожи-вальной части изделия.
Силовые параметры процесса представлены на рис. 10.
Рис. 10. Усилие формирования головной части оживальной формы на шести технологических переходах
Работа проводилась в рамках научно-исследовательской работы ”Раз-витие теории пластического формоизменения изотропных материалов в условиях сложного нагружения”, проводимой по заданию Федерального агентства по образованию в 2010 г.
Список литературы
1. Кухарь В.Д., Пасько А.Н., Кузовлева О.А. Особенности математического моделирования больших пластических деформаций // Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением: сборник научных трудов, 2000. С. 87 - 92.
2. Ковка и штамповка: справочник. В 4 т./ ред. совет: Е.И. Семенов [и др.]. М.: Машиностроение, 1987. Т.3. Холодная объемная штамповка / под ред. Г.А. Навроцкого. 384 с.
3. Теория пластических деформаций металлов /Е.П. Унксов [и др.]; под ред. Е.П. Унксова, А.Г. Овчинникова. М.: Машиностроение, 1983. 598 с.
A. Pasko, L. Semenova
Features of multitransitive deformation of rod preparations
Results of research of process forming are presented a head part forms on rod preparations. The basic features of the intense-deformed condition of preparation during deformation are aren'ted. Power characteristics of process are shown.
Key words: rod preparations, force, deformations, pressure
Получено 04.08.10
