CC BY
5
Yakovlev Sergey Sergeevich, student, mpf-tnlaarcmihler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Chizhov Ivan Alekseevich, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Arkhiptsev Anton Sergeevich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.983
ВЫТЯЖКА С ЛОКАЛЬНЫМ УТОНЕНИЕМ СТЕНКИ В МАТРИЦЕ С РАЗЛИЧНЫМ ЧИСЛОМ МНОГОЗАХОДНЫХ СПИРАЛЬНЫХ ВЫСТУПОВ КЛИНОВИДНОЙ ФОРМЫ
А. С. Архипцев
Произведено компьютерное моделирование процесса вытяжки с локальным утонением стенки заготовки в матрице с многозаходными спиральными выступами клиновидной формы по периметру рабочего пояска. Выполнен анализ влияния числа спиральных выступов при фиксированном угле подъёма на величины технологической силы, интенсивности напряжений и интенсивности деформаций.
Ключевые слова: интенсивность напряжений, интенсивность деформаций, технологическая сила, компьютерное моделирование, спиральные выступы клиновидной формы, рифля, внешняя поверхность цилиндрической оболочки.
Одним из способов получения на внешней поверхности цилиндрической полой заготовки, имеющей дно, сетки рифлей (рис. 1) является вытяжка с локальным утонением стенки через матрицы с многозаходными спиральными выступами на рабочей поверхности. Формоизменение происходит в двух матрицах, углы подъема выступов которых направлены в противоположенные стороны [1,2]. В процессе вытяжки обеспечивается поворот пуансона с цилиндрической оболочкой, или матрицы.
При данных условиях происходит локальное утонение стенки заготовки за счет многозаходных спиральных клиновых выступов и возникает очаг локальной деформации в стенках полой заготовки и одновременный поворот её вместе с пуансоном вокруг оси. В статье рассматривается влияние числа многозаходных спиральных выступов на технологическую силу, интенсивность напряжений и деформаций на первой операции вытяжки при фиксированным угле подъёма спирального выступа.
При исследовании влияния числа спиральных выступов на рабочем пояске матрицы на технологическую силу, интенсивности напряжений и интенсивность деформаций было проведено компьютерное моделирование процесса вытяжки с локальным утонением стенки заготовки в универсальном комплексе QForm 7, специализированном на разработке, оптимизации и проектирование различных задач обработки металлов давлением.
532
Рис. 1. Деталь, получаемая вытяжкой с утонением за две операции в матрицах с клиновыми выступами
Для осуществления математического моделирования процесса ОМД, твердотельные модели заготовки и инструмента, спроектированные в Компас-3D, переносятся в модуль подготовки 3D геометрии QShape для формирования конечно-элементной структуры, пригодной для расчета в программном комплексе QForm, использующий метод конечных элементов. Стоит отметить основные параметры расчета: материал заготовки -сталь 10, температура процесса - 20°С, анизотропия не учитывалась, заготовка считается отожженной.
При моделировании использовались матрицы с различным числом многозаходных спиральных выступов по периметру рабочего пояска с углом подъёма а=40° (рис. 2). Число спиральных выступов составляло: 12, 16, 20 и 24.
Рис. 2. Матрица с многозаходными спиральными клиновыми выступами по периметру рабочего пояска
533
Высота спиральных выступов во всех случаях была постоянна и составляла 2 мм. Толщина стенки заготовки типа «Стакан» 3 мм. Интенсивность напряжений и деформаций определялась всегда в двух трассируемых точках, а именно в середине толщины заготовки в месте наибольшего (Р1) и наименьшего (РО) утонения стенки (рис. 3).
Рис. 3. Расположение трассируемых точек в получаемом полуфабрикате после вытяжки с локальным утонением через матрицу с многозаходными спиральными выступами по периметру рабочего пояска
Результаты моделирования процесса приведены на рис. 4, 5, 6, где соответственно представлены графики технологической силы, интенсивности напряжений и деформаций.
■ 12 выступов 16 выступов 20 выступов 24 выступа
10 15 20 25 30
Перемещение пуансона, мм
35
40
0
5
Рис. 4. График изменения технологической силы процесса в зависимости от числа спиральных выступов матрицы
Из графика изменения технологической силы (рис. 4) видно, что с изменением числа спиральных выступов, величина технологической силы меняется незначительно. Связано это с тем, что с изменением числа много-заходных спиральных выступов площадь деформируемых участков практически не меняется.
600
а
.0 П 550
1с еЕ
о « 500
н
<0 и и н 450
с е
н е н ■И к 400
н р п а 350
н 300
10 20 30
Перемещение пуансона, мм
40
600
а
.0 П 550
1с §
о « 500
н
<0 и и н 450
с е
н е I- ■И к 400
н р п а 350
н 300
10 20 30
Перемещение пуансона, мм
40
Р0
Р1
Р0
Р1
а
б
600
а
и П 550
1с §
о « 500
н
<0 и и н 450
с е
н е I- X к 400
н р п а 350
н 300
10 20 30
Перемещение пуансона, мм
40
600
а
и П 550
1с §
о , 500
н >5
<0 и и н 450
с е
н е I- X К 400
н р п а 350
н 300
10 20 30
Перемещение пуансона, мм
40
Р0
Р1
Р0
Р1
в
Рис. 5. Графики интенсивности напряжений в матрицах с разным числом многозаходных спиральных выступов: а -12 выступов; б -16 выступов; в - 20 выступов; г - 24 выступа
При использовании матриц с различным числом спиральных выступов максимальное значение интенсивности напряжений наблюдалось в вершинах выступов матриц (точки Р1), причем наибольшее значение интенсивности напряжений имело место для матрицы, в которой число выступов равнялось 20.
Результаты анализа графиков приведены в таблице.
0
0
0
0
г
в г
Рис. 6. Графики интенсивности деформаций в матрицах с разным числом многозаходных спиральных выступов: а -12 выступов; б -16 выступов; в - 20 выступов; г - 24 выступа
Значения интенсивности напряжения и интенсивности деформаций в точка Р1 и Р0 в зависимости от числа многозаходных спиральных выступов матрицы при фиксированном перемещении пуансона (27мм;
Число выступов Деформации 8 Напряжения о, МПа
Выступ (точка Р1) Впадина (точка Р0) Выступ (точка Р1) Впадина (точка Р0)
12 0,96 0,64 538 514
16 0,83 0,66 551 532
20 0,85 0,68 521 496
24 0,89 0,78 554 536
Максимальная интенсивность деформаций также наблюдалась на вершинах выступов матриц (точки Р1), причем наибольшее значение интенсивности напряжений имело место для матрицы, число спиральных выступов которой равнялось 12.
Из графиков следует, что при формоизменении заготовки во всех четырех матрицах с различным числом спиральных выступов наблюдается неоднородность интенсивности напряжений и деформаций.
Выводы:
1. Число многозаходных спиральных выступов на рабочем пояске матрицы при вытяжке с локальным утонением не оказывает существенного влияния на силовые параметры;
2. 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. В21С 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.
Архипцев Антон Сергеевич, студент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
EXTRACT WITH A LOCAL DROP IN WALL IN A MATRIX WITH DIFFERENT NUMBER OF MULTIPLE-WELDED SPIRAL BEDS OF A WEDGE-SHAPED
A.S. Arkhiptsev
Computer simulation of the drawing process with local thinning of the billet wall in the matrix with multiple spiral wedge-shaped spiral projections along the perimeter of the working belt was performed. The analysis of the influence of the number of spiral protrusions at a fixed lifting angle on the magnitude of the technological force, stress intensity and strain rate is performed.
Key words: stress intensity, strain intensity, technological force, computer simulation, wedge-shaped spiral projections, grooved, outer surface of a cylindrical shell.
Arkhiptsev Anton Sergeevich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
