CC BY
12
Maltseva Antalya Sergeevna, student, sulee@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.981 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-3-42-46
СИЛОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ФОРМОИЗМЕНЕНИЕ ПРИ РАДИАЛЬНОЙ ЛОКАЛЬНОЙ ОСАДКЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ
ЗАГОТОВКИ
О.С. Железков, А.А. Лактюшин, Б.Б. Макаров
Выполнены исследования процесса радиальной локальной осадки цилиндрической заготовки. Моделирование процесса деформирования осуществлялось с использованием метода конечных элементов на базе программного комплекса «Deform-3D». Установлены закономерности изменения силы деформирования и основных размеров поперечного сечения осаживаемой заготовки в зависимости от перемещения инструмента.
Ключевые слова: цилиндрическая заготовка, радиальная локальная осадка, сила деформирования, перемещение инструмента, формоизменение, размеры бочкообразного сечения.
Металлические стержневые изделия, которые изготавливаются из цилиндрической исходной заготовки пластическим деформированием отдельного участка, находят широкое применение в различных отраслях промышленности. Например, таким образов изготавливаются детали рельсовых скреплений (пружинные клеммы, рычаги, тяги и т.п.) [1, 2].
Рассматривался процесс деформирования исходной цилиндрической заготовки диаметром d и длиной Lo плоским пуансоном, у которого длина рабочего участка l . Схема деформирования и основные размеры исходной и деформированной заготовки и представлены на рис. 1.
Рис. 1. Схема радиальной локальной осадки цилиндрической заготовки
42
В процессе деформирования круглое сечение исходной заготовки приобретает бочкообразную форму с размерами: к - высот; В - максимальная ширина бочки; Ь -ширина в местах контакта с деформирующим инструментом.
Моделирование процесса деформирования осуществлялось с использованием метода конечных элементов [3,4] на базе программного комплекса «БеЮт-ЗО». При этом рассматривалась радиальная локальная осадка заготовки исходного круглого поперечного сечения (диаметр й=И мм и длина Ь0 = 150 мм) с помощью перемещающегося вертикально инструмента с плоской рабочей поверхностью длиной I = 90 мм. Материал заготовки - сталь 40С2А, которая применяется при изготовлении пружинных клемм крепления рельсов [1]. Механические свойства и кривая упрочнения стали 40С2А определялись по результатам испытаний цилиндрических образцов на растяжение.
По результатам выполненных расчетов определены: сила деформирования Р, параметры формоизменения (к - высота бочкообразного сечения; В - максимальная ширина бочки; в- ширина бочки на контакте с инструментом) и параметры напряженно-деформированного состояния. В частности, на рис.2 представлены, положение заготовки и инструмента на некотором промежуточном этапе, полученная зависимость силы деформирования Р от перемещения инструмента А к, а также картина изменения интенсивности напряжений в поперечном сечении деформированной заготовки.
Для обобщения полученных результатов моделирования, с целью возможности их использования для расчетов подобных процессов деформирования заготовок с близкими размерами и механическими свойствами, вводились безразмерные параметры.
2 Load IN I
Load Prediction
8.906+005 - Top Die
6 74е+005
4.49е+005
2.25е+005
0 ! ... .
О ООО 0 420
Stroke^lrniii)
Рис. 2. Положение заготовки и инструмента на ¡-м этапе деформирования
и зависимость р = /(Ак)
Относительное удельное давление между заготовкой и инструментом
Р
Р =-,
Ъ1&о,2
где С0 2 - условный предел текучести материала исходной заготовки. Относительная вертикальная деформация
к - й
£У =
к
Относительная максимальная ширина бочки
>=7
43
(1)
(2) (3)
Относительная ширина бочки на контакте с инструментом
в=Ь.
а
(4)
По результатам выполненных расчетов построены графики р^ = /(£у) . В = /(АИ) и в = /(АИ), которые представлены на рис. 3-5.
/ / — -
/ / / У = -5827,6х4 + 3759,8х3 - 833,68х2 + 70,616х
/ /
1
О 0,05 ОД 0,15 0,2 0,25 0,3
£у
расчёт —» —полином
Рис. 3. Зависимость относительного удельного давления р от относительной
вертикальной деформации £у
в/а
У = 64, 853Х4 - 27,307х3 + 4,5467х2 + 0,0567х +1 > / Л ^
у/
у *
**
0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3
ЕУ
расчёт — —полином
Рис. 4. Зависимость относительной максимальной ширины ¡3 бочки
от относительной вертикальной деформации е
у
Ъ/А
у = -505Д7Х4 + 283,73х3 - 57,627х2 + 6,9467х _
//
0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3
£у
расчёт — —полином
Рис. 5. Зависимость относительной ширины 8 бочки на контакте с инструментом от относительной вертикальной деформации еу
Для описания характера изменения параметров ¡5 и 8 в зависимости от относительной вертикальной деформации е предложено использовать полином четвертой степени вида
7, = К,£; + К2£3У + К3£2У + К4£У + К5. (5)
Коэффициенты уравнения (5), которые определялись с использованием программного комплекса «МаШСаё», представлены в таблице.
Значения коэц )фициентов полиномов
Параметры 7, К} к2 К3 к4 к5
р - относительное удельного давление -5827,6 3759,8 -833,68 70,616 0
/3 - относительная максимальная ширина бочки 64,853 -27,307 4,5467 0,0567 1
д - относительная ширина бочки на контакте с инструментом -505,17 283,73 -57,627 6,9467 0
Экспериментальные исследования процесса локальной радиальной осадки цилиндрической заготовки из стали марки 40С2А, выполненные с использованием специального штампа на поверенной испытательной машины AG-50kNICD «Shimadzu» (Япония), показали, что расхождение экспериментальных и теоретических результатов не превышают 7... 10%.
Вывод
1. Используя метод конечных элементов на базе программного комплекса «Deform-3D», выполнено моделирование процесса радиальной локальной осадки цилиндрической заготовки. Установлены закономерности изменения силы деформирования и основных размеров поперечного сечения осаживаемой заготовки в зависимости от перемещения инструмента.
2. Для обобщения результатов исследования, с целью возможности их использования при моделировании подобных процессов, введены безразмерные параметры и установлены закономерности их изменения в процессе деформирования. Для описания полученных зависимостей предложено использовать полином четвертой степени.
Список литературы
1. Айсенманн И.Н. Совершенствование верхнего строения железнодорожного пути // Железные дороги мира. 1997. №12. С. 61-65.
2. Ермаков В.М. О промежуточных рельсовых скреплениях / / Путь и путевое хозяйство. 2002. №. 1. С. 5-6.
3. Сегерлинд Л.Д. Применение метода конечных элементов. М.: Мир, 1979. 240 с.
4. Норри Д., Ж.де Фриз. Введение в метод конечных элементов. М.: МИР. 1981. 304 с.
Железков Олег Сергеевич, д-р техн. наук, профессор, ferumoff(a),mail. ги, Россия, Магнитогорск, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова,
Лактюшин Алексей Андреевич, заместитель директора, Lotos77707(a),inbox.ru, Россия, Москва, ООО «Концерн АРС»,
Макаров Богдан Борисович, студент, nexusbionicstcp;yandex, ги, Россия, Магнитогорск, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова
POWER PARAMETERS AND SHAPE CHANGE IN THE RADIAL LOCAL DRAFT OF A CYLINDRICAL BILLET
O.S. Zhelezkov, A.A. Laktyushin, B.B. Makarov
Studies of the process of radial local precipitation of a cylindrical billet are performed. Modeling of the deformation process was carried out using the finite element method based on the software package "De-form-3D". The regularities of changes in the deformation force and the main dimensions of the cross-section of the deposited workpiece depending on the movement of the tool are established.
Key words: cylindrical billet, radial local draft, deformation force, tool movement, shape change, dimensions of the barrel section.
Zhelezkov Oleg Sergeevich, doctor of technical science, professor, ferumoff@mail ru, Russia, Magnitogorsk, Magnitogorsk state technical University named after G.I. Nosov,
Laktyushin Alexey Andreevich, deputy director, Lotos77707@inbox.ru, Russia, Moscow, LLC «Concern ARS»,
Bogdan Borisovich Makarov, student, Nexusbionics@yandex. ru, Russia, Magnitogorsk, Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov
УДК 621.77; 621.7.043 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-3-46-49
АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ КВАДРАТНЫХ ЗАГОТОВОК ПРИ ВЫТЯЖКЕ С ПОДТАЛКИВАНИЕМ УГЛОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Н.А. Самсонов
Анализуются возможности практической реализации вытяжки с подталкиванием угловых элементов квадратной заготовки в матрицу круглого сечения. Установлено напряженно-деформированное состояние заготовки. Выявлены силовые режимы. Приводится сравнение полученных данных доля предлагаемой технологии с существующей.
Ключевые слова: вытяжка, подталкивание, квадратные заготовки, формоизменение.
В работе [1] предложена схема изготовления осесимметричных изделий из квадратных заготовок с подталкиванием их угловых элементов. Установлены рациональные режимы перемещения толкающих частей штампа. В данной работе уделено внимание установлению напряженно-деформированного состояния заготовки в процессе деформирования и силовых режимов для обоснования целесообразности применения такого метода штамповки. Рассмотрена схема вытяжки, при которой квадратная заготовка подвергалась деформированию в матрицу с цилиндрической рабочей поверхностью. Угловые элементы заготовки подвергались воздействию толкающих устройств, что обеспечивает получение более равномерной геометрии концевой части изделия. Исследование выполнялось в комплексе DEFORM. Установлено изменение напряжений и значения повреждаемости материала в заготовке в процессе деформирования. Приводится сравнение результатов по предлагаемой схеме со стандартной схемой вытяжки.
На рис. 1 представлена схема исследуемого процесса. Деформированию подвергалась квадратная заготовка со стороной квадрата 90 мм и толщиной 3 мм. Деформирование осуществлялось в матрице цилиндрического сечения с радиусом скругления рабочей кромки 10 мм и диаметром отверстия 60 мм. Предполагалось что заготовка изготовлена из стали 10. Деформирование осуществлялось в холодном состоянии.
Для оценки изменения напряженно-деформированного состояния заготовки на поверхности заготовки были выбраны контрольные точки по диагонали заготовки и по нормали к ее стороне. Для них определялось изменение напряжений и повреждаемости заготовки в процессе вытяжки. На рис. 2 дана схема выбора данных точек.
Для данных точек были получены зависимости изменения напряжений в процессе деформирования. На рис. 3 даны зависимости для оценки изменения напряжений в контрольных точках по диагонали заготовки и по нормали к ее стороне для стандартной схемы вытяжки (без подталкивания) и для предлагаемой (с подталкиванием).
46
