CC BY
23
Described simulation of severe plastic deformation process while drawing a wall thinning when using the program QForm 7. The features of metal at drawing with thinning through the matrix with periodically changing profile of the working belt. The conclusion about the possibility of repeated use of the matrix with a periodically varying profile for additional shear deformations.
Key words: severe plastic deformation, modeling, matrix with periodically varying profile, stress, strain.
Yakovlev Sergey Sergeevich, student, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Korotkov Viktor Anatolievich, candidate of technical sciences, senior researcher, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.983; 539.374
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УГЛОВЫХ РАДИУСОВ НА ПРОЦЕСС ВЫТЯЖКИ КВАДРАТНЫХ КОРОБЧАТЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ КРУГЛЫХ ЗАГОТОВОК
А.Н. Малышев
Представлены теоретические данные по вытяжке коробчатых деталей. Исследовано влияние угловых радиусов на силовые режимы и напряженно-деформированное состояние процесса вытяжки коробчатых деталей квадратного поперечного сечения. Показано распределение значений показателя критерия разрушения Кокрофта - Латама в коробчатых деталях с различными угловыми радиусами.
Ключевые слова: вытяжка, коробчатая деталь, угловой радиус, сила, напряжение, деформация, разрушение.
Одним из труднореализуемых процессов листовой штамповки является вытяжка изделий коробчатых форм. Течение деформируемого материала имеет сложный характер, поэтому технологические расчеты форм заготовок и переходов вытяжки, кинематики течения, напряжений, сил затруднительны. В производстве при проектировании технологических процессов обычно руководствуются рекомендациями технологической практики [1].
Ниже представлено моделирование этих процессов с помощью программного комплекса QForm 2D/3D [2], результаты которых позволяют отказаться от большого объема экспериментальных исследований для отработки реального технологического процесса.
Рассмотрим процесс вытяжки коробчатой детали со сторонами квадрата a=45 мм из круглой заготовки диаметром D=83 мм, толщиной 0,5 мм, угловым радиусом R (рис. 1, 2). Материал заготовки сталь 08кп.
37
'-»-Л*
Рис. 2. Расчетная схема процесса: 1 - пуансон; 2 - заготовка; 3 - матрица; 4 - прижим
В качестве оборудования был выбран гидравлический пресс номинальной силы 50 МН. Коэффициент трения ц=0Д5. Зазор между матрицей и прижимом устанавливается минимально необходимым для данной толщины заготовки, который позволяет не защемлять заготовку и препятствует образованию складок.
Этапы получения коробчатой детали из круглой заготовки показаны на рис. 2.
Рис. 2. Деформирование круглой заготовки
38
На рис. 3 показана точка Р1 наиболее вероятного разрушения заготовки при вытяжке. В связи с этим было проведено исследование влияния углового радиуса заготовки на силовые и деформационные параметры процесса.
Рис. 3. Расположение трассируемой точки
На рис. 4 представлена зависимость изменения силы вытяжки от времени при получении квадратных коробок с угловыми радиусами следующих значений: 11=2,2 мм; 11=3 мм; 11=4,5 мм. Рассматривая силовой режим, следует отметить, что сила вытяжки на начальном этапе процесса увеличивается до определенного момента времени X = 0,23 с, далее наблюдается уменьшение этого параметра.
Рис. 4. Силовой режим вытяжки коробчатых деталей квадратного сечения
Анализ графических зависимостей показал, что максимальное значение силы в трех случаях одинаковое. Однако при уменьшении углового радиуса донной части коробчатой детали увеличение силы процесса вытяжки происходит интенсивнее. Согласно представленному графику на этапе времени 1=0,1 с сила вытяжки для коробки с угловым радиусом 11=2,2 мм больше на 10% силы вытяжки коробки с угловым радиусом 11=3 мм и на 38% для 11=4,5 мм.
На рис.5 представлены графические зависимости среднего напряжения оср в процессе деформирования в точке Р1, которая находится в наиболее опасной зоне из представленных трассируемых точек.
Показаны изменения интенсивности напряжений при вытяжке коробчатых деталей квадратного поперечного сечения с угловыми радиусами 11=2,2 мм, 11=3 мм, 11=4,5 мм на рис. 6. Из графических зависимостей видно, что интенсивность напряжений тем больше, чем меньше угловой радиус коробчатой детали.
450
ас р, МПа
400
350 300
250 200 150 100 50 0
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 t, С 0.6
Рис. 5. Среднее напряжение в точке Р1
На рис. 7 показана зависимость изменения степени деформации заготовки в процессе формоизменения при различных угловых радиусах. По данным графикам можно сделать вывод, что степень деформации возрастает до определённого момента, затем резких изменений величины не наблюдается. Также необходимо отметить, что, чем меньше угловые радиусы квадратной детали, тем больше степень деформации. Так на этапе времени деформирования t=0,3 с степень деформации для R=2,2 мм больше на 33% для R=3 мм и на 55% для R=4,5 мм.
750
оу,МПа
700
650
600
550
500
450
400
350
1*2.2 ^---
ХМ.5
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5 С 0.6
Рис. 6. Интенсивность напряжений в точке Р1
1.4
£ 1.2
0.8
0.6
0.4
0.2
К2.2 ,
%
4 \R4.5
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5 X, С 0.6
Рис. 7. Зависимость изменения степени деформации при вытяжке
коробчатой детали в точке Р1
Одним из важных факторов, определяющих процессы холодной штамповки, является разрушение материала в процессе пластической деформации.
В программном комплексе QForm 2Б/3Б по умолчанию установлена методика прогнозирования разрушения металла Кокрофта - Латама.
На рис. 8 представлена картина распределения значений показателя критерия разрушения Кокрофта - Латама в коробчатых деталях с различными угловыми радиусами.
Высокие значения показателя критерия разрушения Кокрофта - Латама позволяют судить о неблагоприятной схеме напряженно- деформированного состояния. Как видно из рис. 8, опасные зоны расположены в углах деталей. Максимальное значение показателя критерия разрушения Кокрофта - Латама наблюдается в угловой зоне перехода от дна к стенке в квадратной коробчатой детали с угловым радиусом 2,2 мм.
Я=4,5 мм
Рис. 8. Распределение значений показателя критерия разрушения Кокрофта - Латама в коробчатых деталях
42
Расчет процесса вытяжки коробчатых деталей квадратного поперечного сечения при различных угловых радиусах в программе QForm 2D/3D показывает, что уменьшение толщины детали до 0.5 мм [3] и уменьшение углового радиуса приводит к возрастанию вероятности разрушения заготовки в угловой зоне.
Работа выполнена в рамках гранта РФФИ № 16-38-00082 мол_а.
Список литературы
1. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Л.: Машиностроение, 1979. 520 с.
2. Биба Н.В., Стебунов С. А. «QForm 5.0 - программный инструмент для повышения эффективности производства в обработке металлов давлением». 2008.
3. Малышев А.Н. Исследование напряженно-деформированного состояния при вытяжке квадратных коробчатых деталей // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во Тул-ГУ, 2016. Вып. С. 16 - 22.
Малышев Александр Николаевич, канд. техн. наук, доц., amaly-shev@ru. gestamp. com, Россия, Калуга, Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана
STUDY OF THE INFLUENCE ON THE PROCESS CORNER RADIUS BOX-DOME SQUARE PARTS OF CIRCULAR BLANKS
A.N. Malyshev
The theoretical data on the hood of box parts. The effect of the corner radius at the power modes and the stress-strain state of the process of drawing parts box of square cross section. The distribution of fracture criterion index values Cockcroft - Latham in the box with the details of the different corner radii.
Key words: hood, box-like item, corner radius, strength, stress, strain, fracture.
Malyshev Aleksandr Nikolaevich, candidate of technical science, docent, amaly-shev@ru. gestamp. com, Russia, Kaluga, Kaluga Branch of the Moscow State Technical University named after N.E. Bauman
