ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИИ ДЕФОРМИРУЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА НА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРИ КОМБИНИРОВАННОМ ВЫДАВЛИВАНИИ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

УДК 621.983; 539.374

ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИИ ДЕФОРМИРУЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА НА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРИ КОМБИНИРОВАННОМ ВЫДАВЛИВАНИИ

С.Н. Ларин, А. А. Пасынков, М.В. Ларина

В статье представлены результаты исследований влияния рабочей геометрии деформирующего пуансона на изменение напряжений и деформаций по площади изделия. Предполагается использование пуансона со скошенной кромкой. Оценивается влияние угла скоса кромки и величины редукции на средние нормальные напряжения. Исследование выполнялось на базе метода конечных элементов.

Ключевые слова: комбинированное выдавливание, пуансон, матрица, напряжения, деформации.

При реализации процессов выдавливания на протекание процесса и основные его характеристики большое влияние оказывает форма деформирующего инструмента. В связи с этим в работе выполнено исследование влияния размеров и формы инструмента с конической рабочей частью на напряжённо-деформированное состояние. Исследование выполнялось в программе DEFORM.

На рис. 1, а представлена схема процесса. На рис 1, б представлен эскиз заготовки.

Размеры заготовки: высота H = 25 мм; D0 = 80 мм. В качестве материала заготовки исследовалась сталь 45. Диаметр матрицы принимался равным D0 = 80 мм. Диаметр отверстия матрицы принимался D = 70 мм. Диаметр деформирующего пуансона Dп = 70...74 мм. Диаметр нижнего пуансона изменялся в диапазоне D2 = 60...64мм. Углы фасок пуансонов менялись в интервале 30...90°.

Установлено влияние углов a и ß на величины интенсивностей деформаций в выдавливаемом изделии. На рис. 2 представлены полученные расчетные схемы со шкалами деформаций при различны углах конусности.

а б

Рис. 1. Схема процесса выдавливания (а) и эскиз заготовки (б)

I

а = 30е

а = 30е

I

а = 30е

а

б

в

а = 90е

Е I

а = 90°

г ,

Г I

а = 90е

з«е

з.ад

ЙИ

?оз

ОИ

МЙ

М№

о плп

I

Рис. 2. Эскизы к оценке интенсивностей деформаций в детали. (Б0 = 80 мм, Бп = 70 мм, Г\ = 70 мм, £>2 = 64мм) а - р = 30°; б - р = 45° ; в - р = 90°

Из рис. 2 видно, что как увеличение угла скоса верхнего пуансона, так и нижнего пуансона приводит к росту интенсивностей деформаций. Деформации растут не по все площади детали, а локально. Но здесь так же заметно их разное влияние. Увеличение углов скоса нижнего деформирующего инструмента приводит к росту деформаций при выходе из очага деформации в верхней выдавливаемой стенке на границе с пуансоном. Степень их роста составляет в этом случае более 20%. Увеличение угла скоса верхнего пуансона приводит к большему росту деформаций. Их величины растут более чем на 30%. Наибольшие деформации при изменении угла а наблюдаются на границе с коническим участком матрицы.

На рис. 3 представлены схемы, позволяющие установить влияние изменение диаметров деформирующих пуансонов на величины деформаций.

а б в

Рис. 3. Эскизы к оценке интенсивностей деформаций в детали (Д0 = 80 мм, Д = 70 мм, а = 30°, р = 30°

а - Дп = 70 мм, Д = 60мм; б - Дп = 70 мм, Д = 64мм; в - Дп = 74 мм, Д = 64мм

Анализ полученных данных позволяет сделать выводы о том, что изменение относительных диаметров деформирующих инструментов Дп / Д и Д / А заметно влияет на величины деформаций при выдавливании. Но тут стоит отметить, что в случае улучшений условий истечения в нижнюю полость при неизменных или затрудненных условиях течения в верхнюю заметен рост деформаций, образующихся в изделии на границе с нижним пуансоном. Обеспечение таких условий, когда течение металла происходит равномерно в верхнюю и нижнюю полости позволяет улучшить деформируемое состояние изделия.

На рис. 4 даны схемы, позволяющие проанализировать влияние углов а и Р на средние нормальные напряжения в изделии.

453

I I

Stress - Mean (МРа)

I

a = 30е

I I

a = 30е

a = 30е

а

б

в

Г

► !

1 1

a = 90е

a = 90е

а

п

11

I

I I

a = 90'

I

Рис. 4. Эскизы к оценке средних нормальных напряжений в изделии (В0 = 80 мм, Вп = 70 мм, В = 70 мм, В = 64мм): а - р = 30°; б - р = 45°; в - р = 90°

Анализ данных, представленных на рис. 4 позволил установить, что изменение углов конусности инструмента так же оказывает влияние на напряжения в изделии. В основном напряжения при выдавливании при разных значениях изменяемых углов изменяются рядом с очагом деформации. Изменяются площади действующих напряжений. Максимальные величины нормальных напряжений изменяются не сильно.

На рис. 5 даны схемы, позволяющие проанализировать влияние диаметров деформирующих пуансонов на средние нормальные напряжения в изделии.

а б в

Рис. 5. Эскизы к оценке средних нормальных напряжений в изделии (Д0 = 80 мм, Д = 70 мм, а = 30°, Р = 30°;: а - Дп = 70 мм, Д = 60мм; б - Дп = 70 мм, Д = 64мм; в - Дп = 74 мм, Д = 64мм

Анализ данных, приведенных выше позволяет сказать, что увеличение диаметров пуансонов при неизменном диаметре матрицы делает напряженное состояние в изделии более равномерным. Это можно объяснить значительными гидростатическими нагрузками. Из рис. 5, а видно, что увеличение толщины нижней стенки при неизменённой толщине верхней привело к формированию опасного участка в изделии на выходе из очага деформации в нижнюю стенку. Возникли значительные по величине растягивающие напряжения, которые могут привести к разрушению материала.

Вывод. Результаты исследований показали, что подбор углов конусности инструмента для определенных геометрических соотношений диаметров инструмента позволяет обеспечить улучшения напряженно-деформированного состояния в изделии при выдавливании.

Работа выполнена в рамках гранта РФФИ 20-08-00401.

Список литературы

1. Яковлев С.П., Яковлев С.С., Андрейченко В.А. Обработка давлением анизотропных материалов. Кишинев: Квант, 1997. 332 с.

2. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1968. 283 с.

3. Чудин В.Н., Пасынков А. А. Нестационарные процессы изотермической штамповки // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением, 2018. №6. С. 23-28.

4. Пасынков А.А., Борискин О.И., Ларин С.Н. Теоретические исследования операции изотермической раздачи труб из труднодеформируемых цветных сплавов в условиях кратковременной ползучести // Цветные металлы. 2018. №2. С. 74-78.

5. Полухин П.И., Гун Г.Я., Галкин А.М. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов. Справочник. M.: Металлургия, 1976. 488 с.

6. Демин В.А., Черняев А.В., Платонов В.И., Коротков В.А. Методика экспериментального определения механических и пластических свойств материала при растяжении с повышенной температурой // Цветные металлы. 2019. №5. С. 66-73.

Ларин Сергей Николаевич, д-р техн. наук, профессор, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Платонов Валерий Иванович, канд. техн. наук, доцент, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Ларина Марина Викторовна, канд. техн. наук, доцент, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

INFLUENCE OF GEOMETRY OF A DEFORMING TOOL ON A STRESSED-DEFORMED

STA TE IN COMBINED EXTRACTION

S.N. Larin, A.A. Pasynkov, M. V. Larina

The article presents the results of studies of the influence of the working geometry of the deforming punch on the change in stress and strain over the area of the product. The use of a punch with a beveled edge is intended. The influence of the bevel angle of the edge and the reduction value on the average normal stresses is estimated. The study was carried out on the basis of the finite element method.

Key words: combined extrusion, punch, matrix, stress, strain.

Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Platonov Valery Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Larina Marina Viktorovna, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University