CC BY
18
On the basis of a method based on a joint decision of approximate differential equations of equilibrium and yield conditions, taking into account interfaces on the borders of plots mathematical model of the crimp tube blank has been designed in a conical form of a matrix, which allows to determine the stress-strain state of the blank and power parameters of the process and takes into account the mechanical properties of the material.
Key words: crimp, matrix deformation, strength, power.
Gryazev Michail Vasilievich, doctor of technical sciences, professor, rector, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Pasynkov Andrey Aleksandrovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК. 621.7, 539.3
СРАВНЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ШТАМПОВКИ ВОЛНОВОДА СЛОЖНОЙ ФОРМЫ С ОДНИМ ФЛАНЦЕМ
В. Д. Кухарь, А.Н. Пасько, П.Ю. Бегов
Проведено сравнительное исследование процессов прямого и обратного выдавливания волновода сложной формы с одним фланцем методом математического моделирования. При разработке математических моделей использован метод конечных элементов и программный комплекс QForm2D/3D. Получены распределения полей напряжений, деформаций, температур и повреждаемости. Представлено сравнение технологических параметров процессов прямого и обратного выдавливания волновода для различных материалов.
Ключевые слова: волновод, обратное выдавливание, прямое выдавливание, метод конечных элементов.
Волноводы сложной формы изготавливают методом гальванопластики. Метод основан на электрохимическом осаждении металла на предварительно заготовленную оправку, которая по окончании процесса удаляется из готовой детали.
Изготовление волноводов данным методом имеет ряд недостатков:
- основным недостатком этого метода, по сравнению с другими, является время изготовления одной детали. Время наращивания зависит от требуемой толщины детали. Для 2...4 мм покрытия оно лежит в пределе 25...40 ч [1].
- при конструировании форм нужно учитывать низкое качество гальванического осадка на ребрах формы. Причиной низкой плотности осадка на углах является то, что при точном прямом углу, напряженность электрического поля в его вершине равна нулю [2].
Чтобы избежать приведенных выше недостатков, изготовление волноводов сложной формы рекомендуется производить методом объемной штамповки.
Ранее в работе [3] была представлена математическая модель процесса получения волновода методом объемной штамповки. Моделирование процесса осуществлялось методом конечных элементов с помощью программного комплекса QForm 2D/3D.
Задачей данного теоретического исследования является моделирование процессов прямого и обратного выдавливания волновода сложной формы и их сравнение с целью выявления оптимальной схемы процесса изготовления.
Чертеж получаемой детали показан на рис. 1. Деталь представляет собой волновод с изменением формы поперечного сечения по длине. Основание поперечного сечения представляет собой круг с диаметром внутренней поверхности 37 мм. В верхней части волновода поперечное сечение имеет форму квадрата со стороной 17 мм. Толщина стенки детали составляет 1,5 мм.
Для исследования напряженно-деформированного состояния заготовки были смоделированы тестовые задачи с использованием программного комплекса QForm.
Схема прямого и обратного выдавливания волновода с одним фланцем показана на рис. 2. При прямом выдавливании предварительно смазанная исходная заготовка укладывается в полость матрицы. Направляющий вкладыш располагается в полости матрицы соосно с ней. При опускании ползуна пресса пуансон выдавливает деталь. При этом геометрия ее формируется направляющим вкладышем и матрицей. В процессе обратного выдавливания геометрия детали формируется матрицей и пуансоном.
В качестве исходных данных для моделирования принимали:
- материал заготовки - технический алюминий АД0 [4], кривая упрочнения которой изображена на рис. 3;
- фактор трения т=0,15 (по модели трения Леванова к=1,25);
'У
- коэффициент теплопередачи 75000 Вт/м К;
- трение между инструментами не учитывалось;
- температура заготовки и инструмента 20°С;
- номинальная скорость ползуна 150 мм/с.
После проведения теоретического эксперимента были проанализированы результаты.
При обратном выдавливании (рис. 4, а) максимальный показатель температуры достигает 222,8 °С и сосредоточен на гранях, которые формируются в верхней части волновода. При прямом выдавливании (рис. 4, б) максимальный показатель температуры достигает 232,5 °С и расположен в местах формирования волноводной трубы.
Рис. 1. Чертеж получаемой детали: а - чертеж детали волновод
с фланцем; б - готовая деталь
Рис. 1. Схема обратного (а) и прямого (б) выдавливания: 1 - пуансон; 2 - заготовка; 3 - матрица; 4 - вкладыш
10
Рис. 3. Кривая упрочнения материала АДО при 50°С
120
1
о Л
0,01
0?6 0.8 Деформация
Рис. 4. Распределение полей температуры (°С): а - обратное выдавливание; б - прямое выдавливание
Максимальный показатель интенсивности напряжений (185,8 МПа) при обратном выдавливании (рис. 5, а), зафиксирован в точках формирования фланца. При прямом выдавливании (рис. 5, б) максимальный показатель интенсивности напряжения сосредоточен в точках контакта пуансона и заготовки. В обоих процессах распределение полей и показатель интенсивности напряжений практически одинаковы.
Характер распределения полей деформации (рис. 6) в обоих процессах одинаков, но при прямом выдавливании показатель пластической деформации на 5% выше.
Рис. 5. Распределение полей интенсивности напряжений (МПа): а - обратное выдавливание; б - прямое выдавливание
Мин: 0,33
Рис. 6. Распределение полей пластической деформации: а - обратное выдавливание; б - прямое выдавливание
Проведен анализ повреждаемости материала по критерию Кокроф-та-Латама. Максимальный показатель критерия при обратном выдавливании составляет 0,22 на верхних гранях волноводной трубы с внешней стороны. Характер распределения полей разрушения материала одинаков для обоих процессов, однако при прямом выдавливании критерий разрушения на 30% меньше чем при обратном выдавливании. Разрушение материала не происходит.
На графике (рис. 8) показана сила процесса. Максимальный показатель силы процесса составляет 4,4 МН при обратном выдавливании. Сила процесса при прямом выдавливании на 13% меньше чем при обратном и составляет 3,8 МН.
Рис. 8. Критерий разрушения Кокрофта-Латама: а - обратное выдавливание; б - прямое выдавливание
Рис. 9. Сила процесса: 1 - обратное выдавливание;
2 - прямое выдавливание
Далее был произведен аналогичный расчет для других материалов. В таблице приведены результаты исследования. Максимальная температура при обратном и прямом выдавливании практически одинакова, расхождение не превышает 5%. Аналогичная тенденция прослеживается в показателях интенсивности напряжений. Результаты расчета других материалов показывают большее различие в показателях пластической деформации. При прямом выдавливании максимальный показатель пластической деформации выше на 18%. Критерий разрушения для всех материалов оди-
13
наков, расхождение составляет не более 2%. Однако при расчете сплава М1 при прямом выдавливании показатель критерия разрушения на 30% выше чем при обратном. Скорость деформации при прямом и обратном выдавливании меняется в зависимости от материала, расхождение составляет не более 18%. Сила процесса при обратном выдавливании выше на 13% чем при прямом, а при расчете сплава Бра7 сила процесса при обратном выдавливании выше на 5%.
Результаты исследований анализа повреждаемости материала по критерию Кокрофта-Латама
АД0 АД35 М1 Л96 Бра7
Материал обратное прямое обратное прямое обратное прямое обратное прямое обратное прямое
Макси-
мальная температура, °С 223 233 271 271 322 319 279 263 766 782
Макси-
мальная
интенсивность на- 185,8 181,1 196 198,9 354 359,8 269 266,6 1031 948,8
пряжений, МПа
Макси-
мальная пластиче- 5,57 4,8 4,3 4,8 4,2 4,9 4,5 4,6 4,1 4,9
ская деформация
Макси-
мальная скорость деформации, 1/с 0,22 0,15 517 486 357 380 450 371 441 401
Сила процесса, МН 4,4 3,8 5,1 4,5 6,8 6,1 6,6 5,7 11,9 11,2
Анализ результатов численного моделирования показал, что процесс изготовления волновода сложной формы методом прямого выдавливания является более эффективным по сравнению с обратным выдавливанием.
Список литературы
1. Лазутин Ю.Д. Технология электронных средств: учебник / Ю.Д. Лазутин, В .П. Корячко, В.В. Сускин. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. 286 с.
2. Бушминский И.П. Изготовление элементов конструкций. Волноводы и волноводные устройства: учеб. пособие для вузов. М., Высшая школа, 1974. 304 с.
3. Кухарь В.Д., Пасько А.Н. Бегов П.Ю. Математическое моделирование процесса изготовления волноводных труб методом обратного выдавливания. Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением. №14, 2013.
4. Справочник по конструкционным материалам: справочник / Б.Н. Арзамасов, Т.В. Соловьёва, С.А. Герасимов и др.; под ред. Б.Н. Арзамасо-ва, Т.В. Соловьёвой. М.: Изд.во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2005. 640 с.
Кухарь Владимир Денисович, д-р техн. наук, проф., проректор, tm@,tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Пасько Алексей Николаевич, д-р техн. наук, проф., tm@tsu.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Бегов Павел Юрьевич, асп., tm@,tsu.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
COMPARISON OF PROCESSES OF STAMPING OF THE WA VE GUIDE IRREGULAR SHAPE WITH ONE FLANGE
V.D. Kukhar, A.N. Pasko, P.Y. Begov
Comparative research of processes of direct and return expression of a wave guide of irregular shape with one flange by method of mathematical modeling is conducted. When developing mathematical models the method of final elements and the program QForm2D/3D complex is used. Distributions of fields of tension, deformations, temperatures and damagea-bility are received. Comparison of technological parameters ofprocesses of direct and return expression of a wave guide for various materials is presented.
Key words: wave guide, return expression, direct expression, method of final elements.
Kukhar Vladimir Denisovich, doctor of technical sciences, professor, prorector, tm@,tsu. tula.ru, Russia, Tula, Tula state university,
Pasko Alexey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, tm@,tsu.tula.ru, Russia, Tula, Tula state university,
Begov Pavel Yuryevich, postgraduete, tm@,tsu.tula.ru, Russia, Tula, Tula state university
