The limit forming estimation of multi-stage thin-walled vessel forming process
Authors: Казанцев Александр Владимирович , Келлер Илья Эрнстович 
Published: January 2021

Построена численная модель процесса многоэтапного процесса холодной штамповки тонкостенного стального сосуда с учётом технологической наследственности. Использованы соотношения больших пластических деформаций анизотропной оболочки с учетом динамики и контактного взаимодействия с инструментом, реализованные в пакете LS-DYNA. Материальные константы модели Барлата Yld 2000-2d со степенным изотропным деформационным упрочнением для малоуглеродистой листовой стали DC04EK толщиной 0,7 мм определены по данным собственных экспериментов. Кривая предельных деформаций построена по искажению координатной сетки вблизи зон локализации деформации и разрушения сосуда в технологическом процессе, из которого исключен промежуточный отжиг, и по результатам теста на разрушение при одноосном растяжении. Исследованы особенности траекторий деформации в контрольных точках боковой поверхности изделия на каждом этапе технологического процесса, состоящего из последовательности операций вытяжки, раздачи и ссаживания. Расчёты траекторий подтверждены экспериментом на прессовом оборудовании, используемом в качестве испытательного. Оценка качества изделия связывается с остаточным ресурсом пластичности - удалённостью его деформированного состояния от кривой предельных деформаций. Установлено, что операция раздачи заготовки после её вытяжки быстро приближает материал к предельному состоянию и требует предварительного восстановления ресурса пластичности путём отжига. Отмечена перспективность технологий штамповки с меньшими степенями раздачи и с большими степенями ссаживания, способных сохранять ресурс пластичности без промежуточного отжига.

A numerical model of multi-stage technological process of cold stamping of a thin- walled vessel made of sheet steel was built taking into account technological heredity. Relations of large plastic deformations of the anisotropic shell is used, taking into account the dynamics and contact interactions with the tool, which was implemented in the LS-DYNA package. Barlat’ plasticity model Yld 2000-2d with the power law of isotropic strain hardening is used with material constants identified from experimental data for low-carbon sheet steel DC04EK 0.7 mm. The forming limit curve was built on the distortion of the coordinate grid near the zones of strain localization and failure of the vessel in the technological process without intermediate annealing and in the failure test under uniaxial tension. The features of the strain paths in the control points of the vessel at each stage of the technological process, including the sequence of operations of drawing, distributing and reduction, are studied. The path calculation was confirmed by an experiment using pressing equipment as a test. The quality estimation of the product is evaluated by the distance of its deformed state from the limit states on the strain diagram. It is established that the operation of distributing the workpiece after its drawing quickly leads to the limit state and therefore requires a preliminary recovering the plasticity resource by annealing. There is a preference for forming the relief of the vessel by smaller degrees of distribution and greater degrees of reduction for elimination of the limit states and the operation of intermediate annealing.