CC BY
4
The operation of drawing sheet metal blanks is almost always accompanied by the formation of irregularities on their end surface, which is explained by the anisotropy of the mechanical properties of the material. The uneven movement of the edge zones of the sheet blank will be realized through the use of dies with a profile lead-in. In this work, a search was made for the optimal geometry of the matrix, which makes it possible to obtain the least non-uniformity of the geometry at the ends with the best stress-strain state of the parts. The influence of the dimensions of the free surfaces of the profile part of the matrix, the options for mating the profile of the matrix and the lead-in element, as well as the size of roundings on the working edges, were studied. The results of studies of drawing a sheet round billet through a die with a profile lead-in are presented. Dependences of the influence of the geometry of the lead-in part of the matrix on the size of the scallops in the resulting part are obtained. A number of experiments were carried out for the considered geometry of the matrix. The results are obtained in the form of sketches of products with an applied distribution of average normal stresses, stress intensities and a criterion for the destruction of the workpiece. It was revealed that the provision of minimum radii, in addition to the formation of uneven geometry of the end part of the product, leads to an increase in the maximum tensile stresses in the product during drawing.
Key words: drawing, scalloping, geometric characteristics, stamping.
Samsonov Nikita Alekseevich, postgraduate, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula state University,
Khrychev Ivan Sergeevich, student, mpf-tula@,rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.98.04
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-3-126-48
ОСОБЕННОСТИ ПЛАСТИЧЕСКОГО ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ ПРИ ОТБОРТОВКЕ С УТОНЕНИЕМ ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
Е.Д. Грязева
В работе приводятся результаты исследования, которые касаются определения предельных возможностей утонения при различных факторах трения в процессе отбортовки. Также анализируются технологическая сила и средние напряжения при обработке металлов давлением. Приводятся графики технологической силы и схемы напряженного состояния рассматриваемого процесса при разных условиях деформирования стальной листовой изотропной заготовки, представленной в виде диска с центральным сквозным отверстием. В работе определяются возможности проведения операции с учетом коэффициента утонения и фактора трения, строятся таблицы предельных возможностей формоизменения. Исследование проводилось с помощью компьютерного моделирования и метода конечных элементов в программном комплексе QForm, что и позволило оценить описанные выше параметры процесса.
Ключевые слова: отбортовка, предельные возможности, утонение, коэффициент утонения, технологическая сила, обработка давлением, штамповка.
Отбортовка может происходить без утонения отбортуемого материала, так и с его утонением, в последним случае, реализуется комбинированная отбортовка [1,2]. Такой процесс позволяет сократить число операций и улучшить технологичность обработки металлов давлением. Однако существует предельные возможности утонения, которые зависят от пластических свойств материала, температуры обработки, формы и конфигурации инструментов, силы трения и др. [3-6]. Но изменение материала во многих технологических процессах невозможно, так как требуется изготовить деталь из конкретного сплава, а нагрев усложняет весь процесс и меняет конечные механические свойства изделия, поэтому эти факторы не будут рассматриваться, а будет исследоваться влияние силы трения на предельные возможности формоизменения, технологическую силу и средние напряжения, так как они представляют большой интерес для создания правильной технологии отбортовки.
Для исследования был выбран метод компьютерного моделирования [7-9]. И рассматривались следующие коэффициенты утонения заготовки толщиной 2 мм: 0,55, 0,5, 0,475 при разных факторах трения: 0, 0,1 и 0,35. Материал - сталь 10, изотропный, упрочняющийся. Начальная температура и штамповой оснастки, и заготовки - 20°С, но меняется в процессе деформирования и теплообмена.
Были получены сведения о возможности или не возможности формоизменения, а именно утонения при разных факторах, которые занесены в табл. 1.
Таблица 1
Анализ формоизменения по возможности разрушения_
Параметры Коэффициент утонения
Фактор трения 0,55 0,5 0,475
0 + + +
0,1 + + Разрыв
0,35 + Разрыв Разрыв
Как показало исследование, что при любом трении из рассматриваемых возможно применение схемы процесса, которое подразумевает коэффициент утонения равный 0,55. Дальнейшее увеличение утонения до коэффициента 0,5 приводит к разрыву материала в зоне перехода стенки в дно при коэффициенте трения 0,35, однако позволяет формоизменяться при трении 0 и 0,1. Коэффициент утонения 0,475 приводит к разрушению при наличии трения, а при отсутствии трения деталь не теряет устойчивости.
Помимо предельных коэффициентов также были исследованы технологические силы операций, и наибольшие величины занесены в табл. 2.
Таблица 2
Технологическая сила в зависимости от фактора трения и коэффициента утонения в кН
Параметры Коэффициент утонения
Фактор трения 0,55 0,5 0,475
0 128 140 150
0,1 159 170 175 (разрыв)
0,35 173 181 (разрыв) 185 (разрыв)
Далее на рис. 1 приведены графики силы для коэффициента утонения 0,5 при различных факторах трения.
-О -0,1 - 0,35
Рис. 1. Технологическая сила в зависимости от перемещения пуансона при разном трении
На графике (рис. 1) звездочкой отмечено, что чрезмерное утонение при факторе трения 0,35 приводит к разрушению материала. Наибольшая сила увеличивается с увеличением утонения, так при факторе трения 0 рост силы составил примерно 20%, а при трении 0,1 рост равняется 13%.
Как и при увеличении утонения, так и при увеличении фактора трения сила формообразования растет, так при утонении равном 0,55 сила увеличивается на 35% при изменении фактора трения с 0 до 0,35.
Далее рассматриваются средние напряжения примерно в одно и то же время для коэффициента утонения равного 0,5 и при разных факторах трения (рис. 2).
щ 9 ч * t
б
Рис. 2. Средние напряжения при факторе трения равном: а - 0; б - 0,1; в - 0,35
а
в
Во фланцевой части изделия деформации и напряжения практически отсутствуют, поэтому и средние напряжения равны примерно 0. Основная степень деформации приходится на формирующийся переход фланцевой части в отбортованную стенку и этой области преобладают растягивающие напряжения. При этом, в случае фактора трения равном 0, растягивающие напряжения достигают 700 МПа, а при факторе трения 0,35 всего 500 МПа, но при этом в последнем случае происходит потеря устойчивости материала.
Таким образом исследование показало, что трение значительным образом сказывается на предельном утонении при комбинированной вытяжке, так с увеличением трения уменьшается предельное утонение и возрастает риск потери устойчивости материала полуфабриката.
Список литературы
1. Ковка и штамповка: Справочник: В 4 т. Т.4. Листовая штамповка/ Под общ. Ред. С.С. Яковлева; ред. совет: Е.И. Семёнов (пред.) и др. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2010. 732 с.
2. Дёмин В.А., Ларин С.Н. Современные направления и перспективы развития технологий обработки металлов давлением в машиностроении // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2021. № 8 (122). С. 3-11.
3. Ларин С.Н., Пасынков А.А. Анализ силовых параметров изотермического обратного выдавливания трубной заготовки // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2020. № 10. С. 8-13.
4. Bessmertnaya, Y. V. Isothermal drawing of small boxes from anisotropic oval blanks / Y. V. Bessmertnaya, B. S. Yakovlev // Russian Engineering Research. 2017. Vol. 37. No 8. P. 708-713. DOI 10.3103/S1068798X1708007X.
5. Грязев М.В., Ларин С.Н., Пасынков А.А. Оценка влияния механических свойств трубной заготовки на ее напряженное состояние и силу при раздаче // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. Вып. 6. С. 3-10.
6. Ларин С.Н., Платонов В.И., Нуждин Г.А. Влияние угла конусности матрицы на силу обжима стальной трубной заготовки с утонением стенки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 2. С. 482-486.
7. Яковлев С.С., Герасимова О.М. Определение силовых параметров при многооперационной вытяжке с локальным пластическим деформированием // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 4. С. 21-26.
8. Математические модели операций вытяжки, обжима, отбортовки и раздачи анизотропного вязкопластичного материала / В.Н. Чудин, С.С. Яковлев, Г.А. Нуждин, Б.С. Яковлев // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2013. Вып. 1. С. 2938.
9. Яковлев С.С. Исследования неоднородности распределения напряжений и деформаций по толщине детали при ротационной вытяжке // Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии обработки металлов и средства их автоматизации». Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. С. 48-50.
Грязева Елена Дмитриевна, канд. техн. наук, доцент, ed.gryazeva@gmail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет
FEATURES OF PLASTIC FORM CHANGING DURING FENDING WITH THINNING
OF SHEET MATERIALS
E.D. Griazeva
The paper presents the results of a study that relate to the determination of the limiting possibilities of thinning for various friction factors in the flanging process. Technological force and average stresses during metal forming are also analyzed. Graphs of the technological force and a scheme of the stress state of the process under consideration are given under different deformation conditions of an isotropic steel sheet blank, presented in the form of a disk with a central through hole. The work determines the possibilities of carrying out the operation, taking into account the thinning coefficient and the friction factor, and tables of the limiting possibilities of forming are constructed. The study was carried out using computer simulation and the finite element method in the QForm software package, which made it possible to evaluate the process parameters described above.
Key words: flanging, limiting possibilities, thinning, thinning coefficient, technological force, pressure treatment, stamping.
Griazeva Elena Dmitrievna, candidate of technical sciences, docent, ed.gryazeva@gmail.com, Russia, Tula, Tula State University
