Исследование кинематики течения металла и износа инструмента при прямом выдавливании по трассирующим точкам Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.777

ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕМАТИКИ ТЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛА И ИЗНОСА ИНСТРУМЕНТА ПРИ ПРЯМОМ ВЫДАВЛИВАНИИ ПО ТРАССИРУЮЩИМ ТОЧКАМ

П.В. Крутиков

Рассматриваются возможности исследования кинематики течения по трассирующих точкам в заготовке в процессе прямого выдавливания. Анализируется характер изменения максимальной интенсивности напряжений и максимальной степени деформации в различных участках заготовки, а так же приводятся основные выводы, касающиеся стойкости рабочего инструмента и возможностей предельного формоизменения заготовки с помощью компьютерного моделирования в программном комплексе QForm 3Б.

Ключевые слова: трассирующие точки, ось симметрии, интенсивность напряжений, степень деформации, износ инструмента от нормального давления.

В современной промышленности постоянно растут требования к точности моделирования процессов получения и обработки заготовок. Введение всевозможных компьютерных технологий и программ, специализирующихся на моделировании процессов обработки металлов давлением (ОМД), позволяет получать натурные образцы в металле с максимальной точностью и необходимыми свойствами. Ведущим методом при создании математических моделей деформируемого тела стал метод конечных элементов (МКЭ). Важно отметить, что совместное использование данного метода с другими, такими как метод дискретных элементов, метод верхних оценок, метод линий скольжения и т.д., имеет колоссальные преимущества для развития машиностроительной отрасли в целом [1].

Прямое выдавливание, как один из наиболее перспективных способов получения тонкостенных осесимметричных заготовок, нуждается в создании максимально точных математических моделей для дальнейших экспериментов на практике [2]. На базе программного комплекса Qform 3Б был смоделирован один из процессов прямого выдавливания, решающий упруго-пластическую задачу, а так же задачу расчета износа инструмента [3,4]. Кроме того, в работе представлен пример применения трассировочных точек для более глубокого анализа поведения материала в ходе деформирования, а так же анализа износа рабочих частей штамповой оснастки. Моделирование проводится с применением специально созданной конструкции универсального штампа для прямого выдавливания (рис. 1).

Программный комплекс Qform3D позволяет исследовать кинематику течения материала заготовки в процессе прямого выдавливания при помощи трассирующих точек. При моделировании на заготовку были нанесены данные точки и линии, которые позволят нам наиболее полно отразить картину напряженно-деформированного состояния заготовки (рис. 2).

Рис. 1. Твердотельная модель экспериментального штампа

для выдавливания

Рис. 2. Трассируемые точки и линия, нанесенные на сечение заготовки перед деформированием

220

Материал заготовки, используемый в данном эксперименте,- алюминий, АмГ6. Деформация производится при температуре 20 0С, что соответствует режиму холодной объемной деформации. В качестве пресса используется гидравлический пресс с номинальным усилием 120 МН и скоростью перемещения ползуна пресса 150 мм/с. Высота заготовки H составляет 15 мм.Всего были использованы 15 точек, причем точки, идущие от линии торца соприкосновения заготовки с контрпуансоном, P0,P1, P2, P3, P4 находятся около контейнера матрицы, а точки, идущие от линии торца соприкосновения заготовки с контрпуансоном, P5,P6, P7, P8, P9 лежат на оси симметрии заготовки, в свою очередь, точки, также идущие от линии соприкосновения заготовки с торцом контрпуансона, P10,P11, P12, P13, P14 лежат посередине между осью симметрии заготовки и контейнером матрицы. Кроме того, была создана горизонтальная трассируемая линия на высоте 7,5 мм от нижнего края заготовки, делящая заготовку пополам.

В ходе деформирования заготовки были получены зависимости изменения основных параметров напряженно-деформированного состояния, а так же скоростных параметров в данных точках.

Использование возможности визуализации процесса деформирования в программном комплексе Qform 3D дает так же представление о перемещении трассируемых точек и линии на конечном этапе деформирования (рис. 3).

Рис. 3. Трассируемые точки и линия, нанесенные на сечение заготовки после деформирования

221

На основании полученных данных была составлена таблица для трассирующих точек, с помощью которой можно определить износ инструмента от нормального давления и оценить напряженно-деформированное состояние заготовки в процессе выдавливания.

Значения интенсивности напряжений и степеней деформаций в трассирующих точках заготовки при прямом выдавливании

набор точек, соприкасающихся

с контейнером матрицы

Максимальная интенсивность напряжений (МПа)

Р0 Р1 Р2 Р3 Р4

320 290 280 280 300

Максимальная степень деформации

Р0 Р1 Р2 Р3 Р4

1,037 1,05 0,95 1,2 10

набор точек, лежащих на оси симметрии

заготовки

Максимальная интенсивность напряжений (МПа)

Р5 Р6 Р7 Р8 Р9

310 282 282 281 300

Максимальная степень деформации

Р5 Р6 Р7 Р8 Р9

9,8 11 11,2 10 3

набор точек, лежащих посередине между

осью симметрии заготовки и контейнером

матрицы

Максимальная интенсивность напряжений (МПа)

Р10 Р11 Р12 Р13 Р14

325 280 250 260 288

Максимальная степень деформации

Р10 Р11 Р12 Р13 Р14

1,5 3,6 2,5 7,4 1,3

Установлено, что максимальная величина износа инструмента от нормального давления достигается на контрпуансоне (0.0085), что подтверждает данные таблицы, из которой следует, что наибольшее значение максимальной интенсивности напряжений наблюдается в точке Р10, а минимальное значение - в точке Р12; наибольшее значение максимальной степени деформации наблюдается в точке Р7, а наименьшее - в точке Р0. Минимальная интенсивность напряжений наблюдается в точке Р10, а максимальная степень деформации - в точке Р7.

222

Проведенные исследования прямого выдавливания с использованием трассирующих точек позволяют определить характер напряженно-деформированного состояния в процессе формоизменения, а также определить максимальные величины интенсивностей напряжений и степеней деформаций в процесс формоизменения.

Список литературы

1. Джонсон У., Меллор П. Теория пластичности для инженеров / пер. с англ. А.Г. Овчинникова. М.: Машиностроение, 1979. 567 с.

2. Евдокимов А.К. Холодное выдавливание сложнопрофильных изделий // Кузнечно-штамповочное производство и обработка металлов давлением. 2007. №1. С. 9-17.

3. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Л.: Машиностроение, 1979. 520 с.

4. Hambli R., Potiron A. Comparison between 2D- and 3D- numerical modeling of superplastic forming processes // Comput. MethodsAppl. Mech. Engrg. 2001. P. 4871 - 4880.

Крутиков Петр Валерьевич, асп., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет

THE STUDY OF THE KINEMATICS OF METAL FLOW AND TOOL WEAR IN DIRECT

EXTRUSION AT DRESSIRUEM POINTS

P. V. Krutikov

The paper discusses the possibility of studying the kinematics of the flow at the tracer points in the workpiece in the process of direct extrusion. Analyzes the nature of change of the maximum stress intensity and maximum degree of deformation in different parts of the workpiece, and presents the main conclusions regarding the durability of the working tool and capabilities limit the deformation of the workpiece by means of computer simulation in the software package QForm 3D.

Key words: tracer point, axis of symmetry, the stress intensity, the degree of deformation, tool wear from normal pressure.

Krutikov Pyotr Valeryevich, postgraduate, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University