CC BY
12
ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
УДК 621.98; 539.376
ОЦЕНКА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ЗАГОТОВКИ ПРИ ВЫТЯЖКЕ ЧЕРЕЗ СЛОЖНОПРОФИЛЬНУЮ
МАТРИЦУ
С.Н. Ларин, А.А. Пасынков, С.С. Яковлев
В статье приводятся результаты моделирования процесса вытяжки цилиндрического полуфабриката через матрицу с различными профилями рельефа рабочего пояска. Установлено влияние геометрии рельефной поверхности матрицы, а также трения на величины напряжений и деформаций в детали.
Ключевые слова: вытяжка, напряжения, деформации, сложнопрофильная геометрия, матрица.
При реализации операций холодной штамповки для получения тонкостенных цилиндрических изделий наиболее широко используют операции вытяжки с утонением стенки из полых полуфабрикатов. Для вытяжки с утонением используют штамповый инструмент, который состоит из пуансона и матрицы. Между ними по периметру конструктивно задается равномерный зазор, значение которого меньше начальной толщины стенки полуфабриката для вытяжки [2]. При проведении такой операции возможно возникновение локальных деформаций, но которые являются недостаточными для формирования мелкозернистой структуры материала полуфабриката после завершения операции вытяжки. Операция вытяжки с утонением стенки является наиболее производительной по сравнению с ротационной вытяжкой, поэтому одной из актуальных задач является изучение возможности реализации при вытяжке с утонением локальных деформаций, которые позволили бы улучшить процесс пластического формоизменения и качественно повысить эксплуатационные характеристики получаемых изделий.
В исследованиях [3] была проведена оценка влияния рабочего пояска матрицы, создающей переменный по величине зазор при вытяжке с утонением локальных очагов и возможности качественного улучшения процесса течения металла. В результате проведения расчетов было показано, что применением матриц, имеющих сложнопрофильную геометрию рабочего пояска, достигается значительная локализация пластических деформаций
и формируется благоприятное напряженное состояние [3]. Однако вопрос о влиянии геометрии рельефной поверхности матрицы и трения на величины напряжений и деформаций в детали не рассматривался. Данный вопрос является важным и требует дополнительных исследований.
Для выполнения исследований привлекался конечно-элементный комплекс 3D-моделирования QFORM. Для моделирования был спроектирован инструмент с разной геометрией рельефа рабочей поверхности матрицы (рис. 1), разным числом выступов и впадин. В процессе моделирования варьировался коэффициент трения.
а б
Рис. 1. Геометрия профиля рабочего пояска матрицы: а - треугольная; б - сферическая
По результатам моделирования были проанализированы разные варианты технологии и установлены закономерности изменения напряжений, деформаций и интенсивностей напряжений в процессе вытяжки полуфабриката с треугольной и сферической формой рабочего пояска матриц с разным количеством выступов и впадин.
На рис. 2 представлена зависимость изменения напряжений в процессе вытяжки полуфабриката от количества выступов для треугольной формы рабочего пояска матрицы.
2 х \
\ %1
а 10 12 14 16 1а 20 22 ??
Рис. 2. Влияние количества выступов на напряжения в процессе вытяжки: 1 - на впадине матрице; 2 - на выступе матрицы
Из представленной зависимости видно, что рост количества выступов оказывает не сильное влияние на напряжения в полуфабрикате. Так увеличение числа выступов с 8 до 24 ведет к росту растягивающих напряжений (кривая 1) на 18% и росту сжимающих напряжений (кривая 2) на 22%.
467
На рис. 3 представлена зависимость изменения напряжений в процессе вытяжки полуфабриката от количества выступов для сферической формы рабочего пояска матрицы.
су.МГТа
14-00 1200 1000 а оо 600 400 200 о
В 10 12 14 16 13 20 22 f¡
Рис. 3. Влияние количества выступов на напряжения в процессе вытяжки: 1 - на впадине матрице; 2 - на выступе матрицы
Из представленной зависимости видно, что рост количества выступов для сферической формы рабочего пояска матрицы носит неоднозначное влияние на напряжения в полуфабрикате. Так увеличение числа выступов с 8 до 24 ведет к росту растягивающих напряжений (кривая 1) на 40% и росту сжимающих напряжений (кривая 2) на 70%. Следует так же отметить на большую неравномерность напряжений в данном случае. Для случая сферической формы рабочего пояска матрицы (рис. 3) характерны большие сжимающие и меньшие растягивающие напряжения чем для матрицы с треугольной формой рабочего пояска матрицы. Что несомненно является более предпочтительным.
На рис. 4 представлена зависимость изменения напряжений в процессе вытяжки полуфабриката от величины трения.
с,МПа
900 SOO 700 500 500 400 300
0,1 ЙД5 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 П
Рис. 4. Влияние коэффициента трения на напряжения в процессе вытяжки: 1 - треугольная форма; 2 - сферическая форма
468
Из представленной зависимости видно, что рост коэффициента трения ведет к значительному (более 60%) росту растягивающих напряжений в полуфабрикате. Для сферической формы рабочего пояска матрицы рост напряжений несколько интенсивнее.
На рис. 5 представлена зависимость изменения деформаций в процессе вытяжки полуфабриката от величины трения.
Рис. 5. Влияние коэффициента трения на деформации в процессе вытяжки: 1 - треугольная форма; 2 - сферическая форма
Из представленной зависимости видно, что рост коэффициента трения ведет к росту деформаций в полуфабрикате более чем в два раза для треугольной формы рабочего пояска матрицы. Для сферической формы этот рост составляет 60%.
На рис. 6 представлена зависимость изменения деформаций в процессе вытяжки полуфабриката от количества выступов в матрице.
1,
9
3 10 12 Ы 16 1В 20 22
Рис. 6. Влияние количества выступов в матрице на деформации в процессе вытяжки: 1 - треугольная форма; 2 - сферическая форма
Из представленной зависимости видно, что рост количества выступов в матрице ведет к росту деформаций в полуфабрикате более чем на 10% для треугольной формы рабочего пояска матрицы. Для сферической формы этот рост составляет 25%.
В целом, выполняя анализ полученных результатов можно говорить о сферической форме выступов рабочего пояска матрицы как о наиболее предпочтительной с точки зрения формирования меньших растягивающих напряжений и меньших деформаций в полуфабрикате.
Работа выполнена в рамках гранта РФФИ № 19-48-710002 р_а и гранта администрации Тульской области ДС/105.
Список литературы
1. Ротационная вытяжка с утонением стенки цилиндрических деталей из труб на специализированном оборудовании / В.И. Трегубов; Тул. гос. ун-т. Тула, 2002. 148 с.
2. Ковка и штамповка: справочник: 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. Т. 4. 732 с.
3. Яковлев С.С. (мл), Коротков В.А. Моделирование интенсивной пластической деформации при вытяжке с утонением // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2015. Вып. 5. С. 3137.
4. Яковлев С.С., Трегубов В.И., Нечепуренко Ю.Г. Глубокая вытяжка анизотропного упрочняющегося материала // Заготовительные производства, 2005. № 4. С. 38 - 44.
Ларин Сергей Николаевич, д-р техн. наук, профессор, mpf-tiila aramhler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доцент, mpf-tulaaram-hler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Яковлев Сергей Сергеевич, магистрант, mpf-tulaaramhler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
EVAL UA TION OF STRESSED-DEFORMED STA TE PREPARATIONS AT EXTRACTION THROUGH A COMPLEX PROFILE MATRIX
S.N. Larin, A.A. Pasynkov, S.S. Yakovlev
The article presents the results of modeling the process of drawing a cylindrical semifinished product through a matrix with different profiles of the relief of the working helt. The influence of the geometry of the relief surface of the matrix, as well as friction on the magnitude of stresses and strains in the part, is estahlished.
Key words: hood, stress, strain, complex profile geometry, matrix.
Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tiila a ram-hler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Pasynkov Andrey Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@ramhler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Yakovlev Sergey Sergeevich, master, mpf-tiila a ramhler. ru, Russia, Tula, Tula State University
