CC BY
44
УДК 621.983; 539.374
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА НЕОДНОРОДНОСТЬ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
НАПРЯЖЕНИЙ ПО ТОЛЩИНЕ ДЕТАЛИ ПРИ ОБЖИМЕ ТОЛСТОСТЕННЫХ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК
О.Н. Митин, Г.А. Нуждин, К.Х. Нгуен
Установлены закономерности влияния технологических параметров на неоднородность распределения напряжений по толщине детали при обжиме толстостенных трубных заготовок методом конечных элементов на основе программного комплекса QFORM 2В-3В\. 7.
Ключевые слова: моделирование, обжим, неоднородность, матрица, пуансон, сила, коэффициент обжима, коэффициент утонения, трубная заготовка, QFORM 2Б-3Б, напряжение.
В работе [1, 2] выполнено моделирование операций обжима и обжима с утонением толстостенных трубных заготовок конической матрицей методом конечных элементов. Выявлено влияние угла конусности матрицы, коэффициента трения, коэффициента обжима и утонения на силовые режимы операций обжима и обжима с утонением стенки тонкостенных трубных заготовок.
Ниже приведены результаты теоретических исследований неоднородности распределения напряжений по толщине детали при обжиме толстостенных трубных заготовок методом конечных элементов на основе программного комплекса QFORM 2D-3Dv. 7.
Для исследования влияния технологических параметров на неоднородность распределения напряжений по толщине детали при обжиме толстостенных трубных заготовок используется модель, которая представляет собой полую осесимметричную 3D-заготовку из стали 10 (&02 = 210 МПа;
ав = 340 МПа). В связи с указанными факторами для моделирования выбран программный комплекс QFORM 2D-3Dv. 7 [3], позволяющий моделировать процессы объемной и листовой штамповки с использованием 3D-конечных элементов пирамидальной формы. Для создания геометрии деталей экспериментальных штампов и заготовок используем программный комплекс КОМПАС 3Dv. 13 и SOLIDWORKS 2010. Расчеты операции обжима выполнены для трубных заготовок при следующих геометрических размерах заготовки и технологических параметрах операции: Н0 = 130 мм; В0 = 80мм; s0 = 6мм; ц = 0,1;0,15;0,2; а =100; 200; 300итоб = 0,6; 0,7; 0,8.
Рассматривалось напряженное состояние в характерных трех точках Р0, Р1, Р2очага пластической деформации, соответствующих внутренней, свободной и контактной поверхности трубной заготовки. На рис. 1
представлена схема положений элементов в конечно-элементной сетке при обжиме без утонения в трубной заготовке.
Рис. 1. Положение элементов в конечно-элементной сетке при обжиме толстенных заготовок:
1 - элемент №1(Р0); 2 - элемент №2 (Р1); 1 - элемент №3 (Р2)
На рис. 2 приведены графики и шкалы распределения напряжений в заготовке после обжима толстостенных трубных заготовок.
Рис. 2. Распределение напряжений в пластической области
при обжиме
Неоднородность распределения напряжений по толщине трубной
заготовки о оценивалась коэффициентом неоднородности величины средних напряжений ко:
кО = (1 О
max | |О min
I)/
О
ср
ГДЄ Отах , О
тт
О
ср
- соответственно абсолютная максимальная, мини-
мальная и средняя величины значений средних напряжений.
На рис. 3 представлены графические зависимости изменения коэффициента неоднородности величины средних напряжений ко от угла конусности матрицы ос в точка Ро, Р} и Р2.
10
15
20
25
а
Рис. 3. Зависимости изменения ко от а (Шоб = 0,6; т = 0,1): 1 - Ро; 2 - Р; 3 - Р2
Анализ графических зависимостей на рис. 3 показывает, что с увеличением угла конусности матрицы а от 100 до 300 коэффициент неоднородности средних напряжений ко уменьшается на 5.. .15 % в зависимости
от слоев заготовки. Отметим, что на свободной поверхности заготовки коэффициент уменьшается на 15 %, на контактной поверхности - на 7 % и внутри заготовки - на 5 %.
Графические зависимости изменения коэффициента неоднородности величины средних напряжений ко от коэффициента трения т представлены на рис. 4. Анализ графических зависимостей, приведенных на рис. 4, показывает, что с увеличением коэффициента трения т коэффициент неоднородности величины средних напряжений ко на свободной поверхности уменьшается на 14.22 %, на контактной поверхности ко увеличивается на 5.15 % и внутри заготовки ко уменьшается
на 15.40 %.
1.24 1.08 0.92 0.76 0.6
0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 М
Рис. 4. Зависимости изменения к-от II
о
(шоб = 0,6; а = 10°): 1 - Ро; 2 - Р1; 3 - Р2
На рис. 5 приведены зависимости изменения коэффициента неоднородности величины средних напряжений ко от коэффициента обжима
тоб.
ка
1.26 1.17 1.08 0.99 0.9
0.6 0.65 0.7 0.75
Рис. 5. Зависимости изменения ко от тоб
(а = 100;т = 0,1): 1 - Р0; 2 - Р; 3 - Р2
Анализ графических зависимостей показывает, что с увеличением коэффициента обжима тоб от 0,6 до 0,8 коэффициент неоднородности величины средних напряжений ко увеличивается на 10.25 % в зависимости
от слоев заготовки (рис. 5).
Моделирование операции обжима без утонения толстостенных заготовок позволило получить графические зависимости распределения интенсивности напряжений о^, приведенные на рис. 6.
49
Рис. 6. Распределение интенсивности напряжений в трубной заготовке при обжиме без утонения стенки
Неоднородность распределения интенсивности напряжений по толщине трубной заготовки О} оценивалась коэффициентом неоднородности интенсивности напряжений к^~:
ко" ~ (о max — ог min ) / °1ср,
где о^ тах, оI min, о^ ср - соответственно максимальная, минимальная и
средняя величины интенсивности напряжений.
На рис. 7 представлены графические зависимости изменения коэффициента неоднородности интенсивности напряжений ко от коэффици-
01
ента обжима тоб. Анализ графических зависимостей показывает, что с увеличением коэффициента обжима тоб от 0,6 до 0,8 коэффициент неоднородности интенсивности напряжений к^ уменьшается на 30.40 %. Установлено, что наибольшее значение коэффициента неоднородности интенсивности напряжений имеет место в точке Р\, наименьшее - в точке Р2 (на свободной поверхности трубной заготовки).
50
Рис. 7. Зависимости изменения к^ от ш,
(а = 100; т = 0,1): 1 -Р0; 2 -Р1; 3 -Р2
об
Графические зависимости изменения коэффициента неоднородности интенсивности напряжений к^ от коэффициента трения т приведены
на рис. 8.
Рис. 8. Зависимости изменения к^ от т (а = 100; шоб = 0,6): 1 - Р0; 2 - р; 3 - Рг
Анализ графических зависимостей показывает, что графические зависимости изменения коэффициента неоднородности интенсивности напряжений к~ от коэффициента трения т носят сложный характер. Выявлено существование рациональных значений коэффициента трения т, соответствующих минимальной величине коэффициента неоднородности
интенсивности напряжений к—. С увеличением коэффициента трения т
от 0,1 до 0,15 коэффициент неоднородности интенсивности напряжений к— уменьшается на 10.25 % (рис. 8). Наибольшие величины коэффициента неоднородности интенсивности напряжений к— имеют место на свободной поверхности заготовки.
Одним из факторов, влияющих на коэффициент неоднородности интенсивности напряжений к—, является угол конусности матрицы а.
Графические зависимости изменения коэффициента неоднородности интенсивности напряжений к— от угла конусности матрицы а приведены на
рис. 9.
Рис. 9. Зависимости изменения к— от а
(шо6 = 0,8; т = 0,15): 1 -р,; 2 -р; 3 -р
Анализ графических зависимостей показывает, что с изменением величины угла конусности матрицы а от 10 до 30° в каждом слое заготовки коэффициент неоднородности интенсивности напряжений увеличивается на 15.25 %.
Выводы
1. Показано, что с помощью программного комплекса QFORM 2Б-3Б методом конечных элементов может быть выполнено исследование неоднородности распределения напряжений по толщине детали при обжиме толстостенных трубных заготовок.
2. Установлены закономерности влияния технологических параметров (угла конусности матрицы, коэффициента трения и коэффициента обжима) на неоднородность распределения напряжений по толщине детали при обжиме толстостенных трубных заготовок.
Список литературы
1. Яковлев С.С., Нгуен К.Х. Исследование силовых режимов про-
цесса обжима цилиндрических заготовок // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2014. Вып. 4. С. 64-69.
2. Митин О.Н., Нуждин Г.А., Нгуен К.Х. Моделирование операции обжима с утонением толстостенных трубных заготовок// Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2014. Вып. 5. С.57 - 65.
3. Биба Н.В., Стебунов С. А. QForm 5.0 - программный инструмент для повышения эффективности производства в обработке металлов давлением. 2008.
Митин Олег Николаевич, канд. техн. наук, докторант, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, ОАО «НПО «СПЛАВ»,
Нуждин Георгий Анатолиевич, mpf-tulaarambler.ru, Россия, Москва, Орган по сертификации систем качества «Консерсиум»,
Нгуен Куок Хуи, асп., mpf-tula arambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
THE REGULARITY OF THE EFFECT OF TECHNOLOGICAL PARAMETERS ON THE INHOMOGENEITY OF THE STRESS DISTRIBUTION BY THICKNESS OF DETAILS AT THE SQUEEZING OPERATION OF THICK-WALLED TUBE WORKPIECES
O.N. Mitin, G.A. Nuzhdin, Q.H. Nguyen
The regularity of the effect of technological parameters on the inhomogeneity of the stress distribution by thickness of details at the squeezing operation of thick-walled tube workpieces using the finite element method on based software QFORM 2D -3D v. 7 is established.
Keywords: simulation, the squeezing, the inhomogeneity, bottom die, top die, the force, the coefficient of squeezing, tube workpieces, QFORM 2D - 3D, stress.
Mitin Oleg Nikolaevich, candidate of technical sciences, doctoral, mpf-tulaaramhler.ru, Russia, Tula, OPC “SPA “SPLAV”
Nuzhdin Georgiy Anatolievich, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Moscow, Organ by quality system certification “Konsersium ”,
Nguyen Quoc Huy, postgraduete, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
