CC BY
5
Яковлев Сергей Сергеевич, студент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Герасимова Ольга Михайловна, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
DETERMINA TION OF PO WER PARAMETERS FOR MANY OPERA TING EXHA UST WITH LOCAL PLASTIC DEFORMA TION
S.S. Yakovlev, O.M. Gerasimova
The results of computer simulation of hoods with thinning, billets obtained by stretching with thinning through the matrix, in which the working belt has periodic wedge protrusions. The simulation was performed using the qform software package. The dependence of the degree of strain and stress intensity on the number ofprotrusions and valleys on the outer surface of a cylindrical billet is analyzed.
Key words: extract with thinning, qform, shear deformations, intensive plastic deformation, modeling, matrix with periodically changing working profile, number of protrusions or valleys, intensity of stresses and deformations, wedge shape of protrusions.
Yakovlev Sergey Sergeevich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Gerasimova Olga Mikhailovna, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.777
ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ СИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА СТЕСНЕННОГО ПРЯМОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
П.В. Крутиков, К.О. Поцелуев, Д.М. Тесаков
Анализируется явление скачка силы деформирования при высоких степенях деформации заготовок из алюминиевого сплава АМг6 в ходе прямого холодного выдавливания. Приведены варианты устранения резкого увеличения силы деформирования, что в дальнейшем сможет позволить получать детали необходимой конфигурации.
Ключевые слова: алюминиевый сплав, тонкостенные детали, степень деформации, многофакторный эксперимент.
Актуальность расширения номенклатуры тонкостенных осесиммет-ричных втулок, получаемых с выдавливанием с высокими степенями деформации, создает необходимость для углубленного изучения данных технологических процессов, в том числе и с помощью статистических методов при создании математических моделей, способных применяться в производстве для повышения производительности труда, а также достижения значительного экономического эффекта [1, 2].
26
В САПР ЗоШШогкБ была разработана модель универсальной штамповой оснастки (рис. 1), с использованием которой стало возможно проведение многофакторного эксперимента и анализа прямого выдавливания заготовок различной конфигурации в программном комплексе основанном на методе конечных элементов (МКЭ). Базовым материалом заготовки для исследования был выбран алюминиевый сплав АМг6, обладающий требуемыми физико-химическими характеристиками (рис. 2). Деформирование проводилось при температуре 20 °С, таким образом, нужно было учитывать как скорость хода рабочего инструмента, а следовательно, скорость деформации заготовки, так и упрочнение материала при высоких деформациях. Кроме того, в эксперименте учитывалось взаимодействие составных частей оснастки, был выбран режим трения между инструментами без смазочного состава, поэтому коэффициент трения Кулона составил при таких условиях 0.3. Наблюдался эффект движения верхней части корпуса штампа относительно нижней под действием деформирующих заготовку сил, но амплитуда перемещения была незначительной - 0,05... 0,16 мм [3, 4].
Рис. 1. Модель универсальной штамповой оснастки, конвертированная
в среду &<огт 3Б
27
¡■3 Сопротивление деформации
Табличная функция
0Пло
Постоянная величина ■
^Теплопроводность
Постоянная величина
Ит.
еплоемкость
Постоянная величина в
[71 Температур а плавления
Постоянная величина
Модуль Юнг
ЦКозфф, Пуассона
П Козф. теплового расширения
Постоянная величина в
Редактировать
2640
122
922
660
¡■/¡Химический состав Количество
1опротивление деформации [МПа]
кг/м°
Вт/мК
Дж'кгН
2,5б558е-5
1/"С
МИН макс -
0.4
Мп 0.5 0.3
Мд 5.0 6.3
Си 0.1
Ъ 0.02 0.1
гп 0.2
ОЕ 0.05
ЕТ 0.1
Скорость деформации, 1/с
во
0.01 1 10 100
0.02 172 222 266 295
0.2 134 233 279 310
0.3 187 240 282 312
0.4 135 239 280 309
Рис. 2. Параметры алюминиевого сплава АМг6, выбранного в качестве материала для заготовки в программном комплексе ^вгт 3Б
При моделировании использовались заготовки с разными диаметрами: 8; 9,6; 11,2; 12,8; 14,4 мм. В качестве подвижного инструмента был выбран гидравлический пресс с номинальной силой 120 МН и регулируемой скоростью хода плунжера. В данном случае требуется также изучение влияния скорости хода инструмента в различных диапазонах: от 5 до 15 мм/с. Высота заготовки бралась постоянной для всех диаметров и составляла 10 мм. Толщина стенки детали также бралась постоянной и составляла 1 мм.
При использовании одной заготовки наблюдалось резкое повышение силы деформирования, когда толщина дна уменьшается до определенного предела. Причем характер изменения силы деформирования был одинаков для всех начальных размеров заготовок (рис. 3).
28
Я11 - Провгг_1_атос< 1 - Уснлм, ИН ■ Т1 - Провп_16_1&ТиЯ 1 - Усилие. МН
Геремешсгне Е, ил Переиащем« Д. м
Рис. 3. Резкое возрастание силы деформирования при диаметрах заготовок 8 и 16 мм
Для создания математической модели операции именно на этом участке деформирования был использован метод многофакторного эксперимента. Определены основные факторы, влияющие на силовые параметры процесса. Коэффициент трения брался постоянным для всех опытов и составлял 0,15 по закону Кулона за счет использования в качестве смазки минерального масла. Скорость деформирования также являлась постоянной величиной и составляла 15 мм/с, но она присутствует в матрице планирования эксперимента, так как при дальнейшей доработке математической модели будут учитываться разные скорости деформирования (15, 5, 1 мм/с). Всего были проведены шесть опытов, составлена матрица планирования эксперимента, включающая в себя 5 факторов (табл. 1) [5, 6].
При помощи программного комплекса 81а1а/МР 13.1 было получено уравнение регрессии, определены дисперсия и уровни значимости факторов, а также адекватность модели и другие значимые параметры математической модели (рис. 4).
Таблица 1
Матрица планирования эксперимента с использованием
одной заготовки
Относитель-
Относительный диаметр Степень деформации (отношение начальной Скорость де- Относительная толщина дна детали (толщина дна/диаметр детали) ная высота формирующего стенку поя- Сила дефор-фор-
№ п/п заготовки (8/8, 9,6/8, 11,2/8, 12,8/8, 14,4/8, 16/8) площади поперечного сечения к конечной) (толщина стенки детали 1, 1,5, 2 мм) формирования (15, 5, 1 мм/с) ска пуансона (отношение высоты пояска к внешнему диаметру детали) миро-ва-ния, Р ^ прямое кл, МН
1 1 1,794286 15 0,025 0,15 0,028
2 1,2 2,10307 15 0,021 0,125 0,045
3 1,4 2,41349 15 0,018 0,107 0,071
4 1,6 2,724881 15 0,016 0,094 0,099
5 1,8 3,036896 15 0,014 0,083 0,127
6 2 3,349333 15 0,0125 0,075 0,157
, rií Vftrifi Virz var5 varí var; vario, ^scoeí
ftt&I ce df HS Minute* cE cbs 5, i> FEOÖ > Г R-aquared Ad; R-stpia^eá ROCTI y.SL 6 = 3215.55 = 0.012 3 - 0.Э999 - 0.9997 = .00175
Mcdel Residual .055425941 3.3í2 5e-Ú6 5 .01i6651ее 1 3.е-06
Г зъа! .059425003 S ,009735167
varíi Cos i. Stí. Err, z It! [55* СОЛ1. Ihm r val]
vari Va li va r5 var3 veriO t m, Q 7 J в *7 -.0190167 .0525509 3.637456 ,0202sí5 S.4S 5.152412 -0.45 .0039906 -9.77 19.2442™ 0.00 9.4 94733 0.39 0. 0. 0. 0. 0. 047 714 132 99a -,065664 3 -107,1312 -.069"i 2 1 -244.4663 -Ив . 334 6 .4491017 244 .5913 134 .3295
Рис. 4. Данные по матрице планирования эксперимента (табл. 1), полученные в программном комплексе Stata/MP 13.1: Total - общая дисперсия, характеризует отклонение точек корреляционного поля от его центра (от среднего уровня диаграммы рассеяния); Model - объясненная дисперсия, обусловлена отклонением точек выборочной линии регрессии от центра корреляционного поля; Residual - остаточная дисперсия, определяется разбросом точек корреляционного поля относительно линии регрессии; df - число степеней свободы (размерность вектора случайной величины); Number of obj - число наблюдений; F - статистика (критерий) Фишера (в скобках число степеней свободы, где первое число -количество факторов в уравнении, второе - разность между числом наблюдений и количеством факторов); Prob, p-value - величина, используемая при тестировании статистических гипотез
Из полученных результатов регрессионного анализа можно сделать вывод, что модель адекватна на 5 % уровне варьирования факторов, а наиболее значимым является один фактор (Var2), характеризующий относительный диаметр заготовки [7 - 9].
В ходе исследований были также смоделированы аналогичные процессы выдавливания, но уже с использованием одновременно двух заготовок. Установлено, что резкого скачка силы деформирования, как в предыдущем случае, при утонении дна заготовки не наблюдается во всем диапазоне варьируемых диаметров исходных заготовок (рис. 5).
Для данного случая также была создана матрица планирования эксперимента (табл. 2) и найдены силовые параметры при одинаковой толщине стенки детали в момент скачка силы деформирования при использовании одной заготовки.
Рис. 5. Сравнение графических зависимостей «Сила - ход инструмента» для способов выдавливания с использованием одной и двух заготовок при диаметре 8 мм
Таблица 2
Матрица планирования эксперимента в случае использования одновременно двух заготовок
Степень
деформа- Относитель-
ции (отно- ная высота
Относитель- шение тол- Скорость деформирования (15, 5, 1 мм/с) Относитель- формирующе-
№ п/ п ный диаметр заготовки (8/8, 9,6/8, 11,2/8, 12,8/8, 14,4/8, 16/8) щины стенки детали к диаметру детали) (толщина стенки детали 1, 1,5, 2 мм), S0/Dд ная толщина дна детали (толщина дна/диаметр детали) го стенку пояска пуансона (отношение высоты пояска к внешнему диаметру детали) Р1, МН Р2, МН
1 1 1,794286 15 0,025 0,15 0,028 0,025
2 1,2 2,10307 15 0,021 0,125 0,045 0,039
3 1,4 2,41349 15 0,018 0,107 0,071 0,061
4 1,6 2,724881 15 0,016 0,094 0,099 0,085
5 1,8 3,036896 15 0,014 0,083 0,127 0,114
6 2 3,349333 15 0,0125 0,075 0,157 0,147
Помимо снижения деформирующей силы, в этот момент времени наблюдается иная картина поведения графика «Сила - ход инструмента», что дает возможность получать детали с минимальной толщиной дна без ущерба стойкости инструмента. Ведется работа по созданию общей математической модели для двух процессов выдавливания.
Применение второго способа деформирования позволит не только расширить номенклатуру деталей из цветных металлов и сплавов, получаемых с помощью технологии холодного выдавливания, но и значительно повысить стойкость инструмента, что может дать существенный экономический эффект.
Список литературы
1. Овчинников А. Г. Основы теории штамповки выдавливанием на прессах. М.: Машиностроение, 1983. 200 с.
2. Джонсон У., Меллор П. Теория пластичности для инженеров / пер. с англ. А.Г. Овчинников. М.: Машиностроение, 1979. 567 с.
3. Официальный сайт САПР SolidWorks [Электронный ресурс]. URL: www.solidworks.ru (дата обращения: 10.02.2018).
4. Борисов А., Ермаков Э., Долгополов А. SolidWorks 2010: быстро, качественно, удобно [Электронный ресурс]. URL: www.solidworks.ru (дата обращения: 10.02.2018).
5. Baum C. An Introduction to Modern Econometrics Using Stata. Stata Press, 2006. 206 p.
6. Колеников С. Прикладной эконометрический анализ в статистическом пакете Stata. КЛ/2001/003. РЭШ, 2001. Т. 2. С. 77 - 99.
7. Ковка и штамповка: справочник. Холодная объемная штамповка. Штамповка металлических порошков / под ред. А.М. Дмитриева. 2-е изд., перераб и доп.; под общ. ред. Е. И. Семенова. М.: Машиностроение, 2010. Т. 3. 352 с.
8. Панфилов Г.В., Недошивин С.В., Шибаев М.Л. Статистические исследования точности заготовок сердечников пуль // Известия Тульского государственного университета. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. 2006. Вып. 2. С. 229 - 237.
9. Евдокимов А.К. Штампы для холодного выдавливания длинноос-ных стаканов. КШП. М.: Машиностроение, 2008. № 11. С. 29 - 32.
Крутиков Петр Валерьевич, асп., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Поцелуев Константин Олегович, студент, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Тесаков Дмитрий Михайлович, магистрант, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
FEA TURES OF CHANGE OF POWER PARAMETERS OF THE PROCESS
OF DIRECT EXTRUSION
P.V. Krutikov, K.O. Potceluev, D.M. Tesakov
The article analyzes the phenomenon of the jump of the deformation forces at high degrees of deformation of workpieces of aluminum alloy AMg6 in a direct cold extrusion. Given the options for addressing the sharp increase in deformation forces that in future will be able to afford to obtain details of the required configuration.
Key words: aluminum alloy, thin-walled parts, degree of deformation, multi-factor experiment.
