CC BY
10
DEFORMATION AND POWER PARAMETERS AT UNEVEN THINNING OF THE WALL OF PREPARATION
S.S. Yakovlev
Computer modeling in the program QForm complex is made for an extract research with uneven thinning of a wall ofpreparation. Power parameters and also intensity of tension and intensity of deformations are specified.
Key words: an extract with thinning, uneven thinning intensity of tension, intensity of deformations, height of wedge ledges, technological force, intensive plastic deformation, QForm.
Yakovlev Sergey Sergeevich, student, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.983
ВЛИЯНИЕ УГЛА ПОДЪЁМА КЛИНОВЫХ СПИРАЛЬНЫХ ВЫСТУПОВ МАТРИЦЫ НА СИЛОВЫЕ И ДЕФОРМАЦИОННЫЕ ПАРАМЕТРЫ ВЫТЯЖКИ С ЛОКАЛЬНЫМ УТОНЕНИЕМ
И.А. Чижов
Выполнено компьютерное моделирование процесса вытяжки с локальным утонением стенки заготовки в матрице с многозаходными спиральными выступами по периметру рабочего пояска. Выполнен анализ влияния угла подъёма спиральных клиновых выступов матрицы на величины технологической силы, интенсивности напряжений и интенсивности деформаций.
Ключевые слова: интенсивность напряжений, интенсивность деформаций, технологическая сила, компьютерное моделирование, спиральные клиновые выступы, угол подъёма, рифля, внешняя поверхность цилиндрической оболочки.
Для получения на внешней поверхности цилиндрической оболочки сетки рифлей (рис. 1) возможно применение вытяжки с локальным утонением стенки через матрицы с многозаходными спиральными выступами на рабочей поверхности, имеющими угол подъёма спирали с противоположным направлением в каждой матрице [1,2]. В процессе вытяжки обеспечивается поворот пуансона с цилиндрической оболочкой или матрицы.
В этом случае реализуется локальное утонение стенки заготовки за счет многозаходных спиральных выступов клиновидной формы, которые создают локальную деформацию в процессе формоизменения. Интерес представляет влияние угла подъема спирального выступа на величины интенсивности напряжений и деформаций при прохождении через матрицу на первой операции вытяжки.
Рис. 1. Деталь, получаемая вытяжкой с локальным утонением через матрицы со спиральными выступами клиновой формы по периметру рабочего пояска
Для исследования влияния угла подъема спиральных выступов матрицы на технологическую силу, интенсивности напряжений и интенсивность деформаций было проведено математической моделирование процесса вытяжки с локальным утонением.
При осуществлении математического моделирования, твердотельные модели заготовки и инструмента, спроектированные в Компас-3В, переносятся в модуль подготовки 3В геометрии р8Ьаре для формирования конечно-элементной структуры, пригодной для расчета в программном комплексе РБогш, использующий метод конечных элементов. Стоит отметить основные параметры расчета: материал заготовки - сталь 10, температура процесса - 20оС, анизотропия не учитывалась, заготовка считается отожженной.
При моделировании использовались матрицы с многозаходными спиральными выступами по периметру рабочего пояска с углами подъёма
а = 20, 30 и 40° (рис. 2).
Рис. 2. Схема матрицы с многозаходными спиральными выступами клиновидной формы по периметру рабочего пояска
520
Для анализа были выбраны матрицы с числом клиновых выступов равным 24. Высота выступов во всех случаях была постоянна и составляла 2 мм. Толщина стенки цилиндрической оболочки 3 мм. Интенсивность напряжений и деформаций определялась всегда в двух трассируемых точках, а именно в середине толщины заготовки в месте наибольшего (Р1) и наименьшего (Р0) утонения стенки (рис. 3).
Рис. 3. Расположение трассируемых точек в получаемом полуфабрикате после вытяжки с локальным утонением через матрицу со спиральными выступами по периметру рабочего пояска
Результаты моделирования вытяжки с локальным утонением приведены на рис. 4, 6 и 7, где представлены графики технологической силы, интенсивности напряжений и деформаций.
- 20 градусов
- 30 градусов 40 градусов
10 20 30
Перемещение пуансона, мм
Рис. 4. Графики изменения технологической силы вытяжки с локальным утонением в зависимости от угла подъёма спиральных выступов матрицы
521
В результате обработки графиков (рис. 4) при фиксированном перемещении пуансона (например, 20 мм), была определена зависимость технологической силы от угла подъема спиральных выступов (рис. 5).
30
Угол, градус
Рис. 5. Изменение технологической силы вытяжки с локальным утонением в зависимости от угла подъема спиральных выступов
600
а
.0 П 550
1с ¿Е
о « 500
н
<0 и и н 450
с е
н е н X к 400
н р п а 350
н 300
10 15 20 25
Перемещение пуансона, мм
30
35
40
Р0
Р1
а
600
а
.0 П 550
1с о 500
н «
<0 и 450
и н
с н е 1- н е X 400
к р 350
п а н 300
10 15 20 25
Перемещение пуансона, мм
30
35
40
Р0
Р1
б
Рис. 6. Графики интенсивности напряжений в матрицах с разным углом подъема спиральных выступов: а - 20°, б - 30°, в - 40° (начало)
522
0
5
0
5
Перемещение пуансона, мм
-Р0 -Р1
в
Рис. 6. Графики интенсивности напряжений в матрицах с разным углом подъема спиральных выступов: а - 20°; б - 30°; в - 40° (окончание)
Из графика изменения технологической силы (рис. 5) видно, что с увеличением угла подъёма спиральных выступов матрицы, возрастает и технологическая сила. Связано это с увеличением сил трения, с возрастанием крутящего момента, а также с увеличением угла поворота заготовки в окружном направлении. Так, с увеличением угла подъема выступов с 20° до 40° максимальная технологическая сила возрастает с 82 кН до 99 кН, т.е. примерно на 21%.
При использовании матриц с различными углами подъёма спиральных выступов максимальное значение интенсивности напряжений наблюдалось в вершинах выступов матриц (точки Р1), причем наибольшее значение интенсивности напряжений имело место для матрицы, в которой спиральный выступ имеет угол подъёма 40°.
Перемещение пуансона, мм -Р0 -Р1
а
Рис. 7. Графики интенсивности деформаций в матрицах с многозаходными спиральными выступами, имеющими угол подъема: а - 20°; б - 30°; в - 40° (см. также с. 524)
523
Перемещение пуансона, мм -P0 -P1
б
-P0 -P1
в
Рис. 7. Окончание
Результаты анализа графиков приведены в таблице.
Значения интенсивности напряжения и интенсивности деформаций в точка Р1 и Р0 в зависимости от угла подъема спирального выступа матрицы при фиксированном перемещении пуансона (20 мм)
Угол подъема выступа Деформации 8 Напряжения о, МПа
Выступ (точка Р1) Впадина (точка Р0) Выступ (точка Р1) Впадина (точка Р0)
20о 0,77 0,65 560 544
30о 0,84 0,61 548 530
40о 0,9 0,78 540 530
Максимальная интенсивность деформаций также наблюдалась на вершинах выступов матриц (точки Р1), причем наибольшее значение интенсивности напряжений имело место для матрицы, в которой угол подъема равен 40о.
Из графиков следует, что во всех матрицах с различными углами подъема наблюдается неоднородность интенсивности напряжений и деформаций.
Выводы:
1. С увеличением угла подъема спиральных выступов матрицы, находящихся по периметру рабочего пояска, возрастает и технологическая сила, что следует учитывать в технологических расчетах;
2. С увеличением угла подъема спиральных выступов матрицы увеличивается интенсивность деформаций в точках P0 и P1, но уменьшается интенсивность напряжений;
3. Возникает неоднородность интенсивности напряжений, что приводит к увеличению сдвиговых деформаций, в следствии которых улучшаются прочностные характеристики готового изделия.
Список литературы
1. Яковлев С.С., Коротков В.А. Способ получения рифлей на внешней поверхности цилиндрических заготовок // Заготовительные производства в машиностроении, 2018. №7. С. 306-308.
2. Способ формирования рифлей ромбовидной формы на наружной поверхности цилиндрической оболочки. Патент РФ №2655555, кл. В2Ю 37/20 / Иванов Ю.А., Коротков В.А., Кухарь В.Д., Ларин С.Н., Митин О.Н., Трегубов В.И., Яковлев С.С. Опубл. 28.05. 2018. Бюл. №16.
Чижов Иван Алексеевич, студент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
INFLUENCE OF THE ANGLE OF LEAD OF WEDGE SPIRAL LEDGES OF THE MATRIX ON POWER AND DEFORMATION PARAMETERS OF THE EXTRACT WITH LOCAL THINNING
I.A. Chizhov
Computer modeling ofprocess of an extract with local thinning of a wall ofpreparation in a matrix with mnogozakhodny spiral ledges on perimeter of a working corbel is executed. The analysis of influence of an angle of lead of spiral wedge ledges of a matrix at sizes of technological force, intensity of tension and intensity of deformations is made.
Key words: intensity of tension, intensity of deformations, technological force, computer modeling, spiral wedge ledges, angle of lead, рифля, external surface of a cylindrical cover.
Chizhov Ivan Alekseevich, student, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
