CC BY
31
УДК 621.983; 539.374
ОСОБЕННОСТИ ВЫТЯЖКИ СТУПЕНЧАТЫХ ДЕТАЛЕЙ
Показано влияние относительных размеров ступеней детали, геометрии инструмента, коэффициента трения, толщины материала на интенсивность деформации и предельную высоту детали.
Ключевые слова: ступенчатая деталь, интенсивность деформации, максимальная глубина вытяжки, метод конечных элементов.
Большинство существующих исследований особенностей изготовления ступенчатых деталей выполнены экспериментальными или инженерными методами [1-5] и не дают надежных результатов расчета. Метод конечных элементов способствует повышению эффективности анализа. Использование этого метода для исследования сложного характера пластического течения металла, а также изучения действий на него технологических параметров, напряженно-деформированного состояния и условий трения на контактных границах позволяет разработать наиболее точную, достоверную, универсальную модель деформирования.
В работе поставлена задача, используя метод конечных элементов, выявить влияние относительных размеров ступеней детали, геометрии инструмента с различными радиусами пуансона и матрицы, коэффициента трения на контактных поверхностях, толщины материала на интенсивность деформации и предельную высоту детали.
Теоретические исследования вытяжки были выполнены для ступенчатых деталей из алюминия марки А5М и стали марки 12Х18Н10Т различных толщин. Начальные параметры детали (рис. 1): диаметр меньшей ступени d1 = 13 мм, диаметр большей ступени d2 = 20 мм, диаметр фланца D = 30 мм.
Я.А. Вилимок
С/1
/у
Рис.1. Пример конфигурации детали
61
Рассмотрено влияние относительных размеров диаметров деталей (рис. 1) из алюминия и стали различных толщин на максимальную высоту. В качестве примера, на рис. 2 приведены результаты исследований для алюминия. В ходе эксперимента диаметр большей ступени ё2 оставался неизменным, равным 20 мм, изменялось значение диаметра меньшей ступени ё1 от 10 до 17 мм. Установлено, что рациональная степень деформации (отношение размеров диаметров) равна 0,76 для алюминия и 0,7 для стали толщиной 1 = 0,3 мм. Для трех и более ступеней степень деформации снижается на 15... 20%. При увеличении толщины материала рациональная степень деформации незначительно возрастает.
Рассмотрено влияние масштабного фактора: при изменении габаритов и параметров детали, рациональная степень деформации изменялась в пределах 8 % от полученного ранее значения.
н
6.5 6.25 6
5.75 5.5 5.25 5
4.75 4.5
1 /
/ / >
2
\ \ 3
0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 ш 0.Е5
Рис. 2. Зависимости изменения максимальной глубины вытяжки от степени деформации: 1 -* = 0,5мм; 2 -* = 0,4 мм; 3 -* = 0,3 мм
Исследовано влияние коэффициента трения на контактных поверхностях матрицы, пуансона, прижима и заготовки на максимальную глубину вытяжки для деталей (см. рис. 1) из алюминия и стали различных толщин. Результаты исследований для алюминия приведены на рис. 3. Установлено, что с увеличением коэффициента трения с 0,05 до 0,6 максимальная высота вытяжки для алюминия уменьшилась в среднем на 46 %, для стали - на 42 %. При рассмотрении масштабного фактора относительная максимальная высота вытяжки менялась в пределах 10 % от полученного ранее значения.
8 н
7 6.5 6 5.5 5 4.5 4 3.5
Рис. 3. Зависимости изменения максимальной высоты от трения для алюминия: 1-1 = 0,5мм; 2-í = 0,4мм; 3-/ = 0,3мм
Рассмотрено влияние коэффициента трения на контактных поверхностях матрицы, пуансона, прижима и заготовки на интенсивность деформации для деталей (см. рис. 1) из алюминия и стали для различных толщин. Результаты исследований представлены на рис. 4.
Расчет интенсивностей деформации сдвига был выполнен по формуле Г^ = +в2 ), где е - значения трех главных деформаций.
0.45
0.1
0.05 0.1 0.2 0.3 0.4 Ц 0.6
Рис: 4. Зависимости изменения интенсивности деформации от трения на пуансоне: l-í = 0,3мм; 2 - / = 0,4мм; 3-1 = 0,5мм
Установлено, что с увеличением коэффициента трения от 0,05 до 0,6 интенсивность деформации для алюминия увеличилась в среднем на 51 %, для стали - в среднем на 40 %.
При рассмотрении масштабного фактора интенсивность деформации менялась в пределах 16 % от полученного ранее значения.
Рассмотрено влияние геометрических характеристик инструмента на максимальную глубину вытяжки заданной детали (рис. 1) из алюминия и стали толщиной 0,3 мм. Результаты исследований для алюминия представлены в таблице. Анализ результатов показывает, что различные радиусы скругления пуансона существенно влияют на максимальную высоту вытяжки ступенчатой детали.
Влияние геометрических характеристик инструмента на максимальную глубину вытяжки заданной детали из алюминия и стали
Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8
Радиусы пуансона г1 (мм) 0,2 0,3 0,4 0,5 0,5 0,5 0,2 0,5
Радиусы пуансона г2 (мм) 0,2 0,3 0,4 0,5 0,2 0,2 0,5 0,5
Радиусы пуансона г3 (мм) 0,2 0,3 0,4 0,5 0,2 0,5 0,5 0,2
Максимальная высота Н (мм) 4,3 5,25 6,2 7,5 6,05 6,75 6,9 6,7
Установлено, что с увеличением радиусов от 0,2 мм до 0,5 мм максимальная высота вытяжки для алюминия увеличилась на 42 %, для стали - на 52 %.
Список литературы
1. Попов Е.А., Ковалев В.Г., Шубин И.Н. Технология и автоматизация листовой штамповки. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. 480 с.
2. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Л.: Машиностроение, 1979. 520 с.
3. Ковка и штамповка: справочник в 4 т. Т. 4. Листовая штамповка / под общ. ред. С. С. Яковлева; ред. совет: Е.И. Семенов (пред.) и др. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2010. 732 с.
4. Яковлев С.С., Кухарь В.Д., Трегубов В.И. Теория и технология штамповки анизотропных материалов / под ред. С.С. Яковлева. М.: Машиностроение, 2012. 400 с.
5. Теория обработки металлов давлением: учебник для вузов / В. А. Голенков [и др.] / под ред. В. А. Голенкова, С.П. Яковлева. М.: Машиностроение, 2009. 442 с.
Вилимок Ярослав Александрович, асп., vilimokya@yahoo. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет
IMPROVEMENT OF STAMPING EQUIPMENT FOR PRODUCTION FIGURINE DETAILS FROM THIN SHEET MA TERIALS
Y.A. Vilimok
The influence of the relative sizes of steps details, the tool geometry, friction coefficient, material thickness on the intensity of deformation and limit the height details is discusses.
Key words: step detail, the intensity of deformation, the maximum depth of the extrusion, finite element method.
Vilimok Yaroslav Aleksandrovich, postgraduate, vilimokya@yahoo. com, Russia, Tula, Tula State University
УДК 539.3
УДАР ТРЕХСЛОЙНОЙ ПЛАСТИНЫ О СВОБОДНУЮ ПОВЕРХНОСТЬ ЖИДКОСТИ
А.М. Крупенин, М.И. Мартиросов, Л.Н. Рабинский
Статья посвящена численному изучению поведения трехслойной симметричной по толщине прямоугольной пластины со сплошным изотропным заполнителем при вертикальном ударном взаимодействии с идеальной сжимаемой жидкостью (водой). Скорость начального взаимодействия считается малой по сравнению со скоростью звука в жидкости. Изучается начальный этап погружения, когда гидродинамические силы и давления достигаю максимальных значений. Проводится параметрический анализ относительно начальной скорости взаимодействия. Учитывается влияние на динамику пластины гравитационных сил и воздушной прослойки между пластиной и жидкостью. Задача решается в связной плоскосимметричной постановке.
Ключевые слова:удар, прямоугольная пластина, взаимодействие с жидкостью, численное моделирование.
В современных авиационных, ракетных и космических системах применяются транспортные средства и аппараты, вступающие в ударное взаимодействие с жидкостью в процессе эксплуатации или на аварийных режимах работы (экранопланы, спускаемые капсулы и платформы с грузами, гидросамолеты).
