Моделирование процесса формообразования осесимметричной оболочки в режиме сверхпластичности

пластического трехмерного течения материала в процессах холодного деформирования.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ №10-01-97507.

Список литературы

1. Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести: учеб. пособие для студентов вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1975. 400 с.

2. Клованич С.Ф. Метод конечных элементов в нелинейных задачах инженерной механики // Свет геотехники. 2009. Вып. 9. Запорожье. 400 с.

A. Pasko, D. Alekseev

A mathematical model of 3D flow elastoplastic material

The basic equation describing the three-dimensional elastoplastic material are presented.

Key words: flow theory, FEM, elastoplastic material, yield condition.

Получено 04.08.10

УДК 621.983; 539.374

П.А. Алексеев, асп. (4872) 33-23-80,

AlexeevPA@yandex.ru (Россия, Тула, ТулГУ),

Е.В. Панченко, д-р техн. наук, проф.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ОСЕСИММЕТРИЧНОЙ ОБОЛОЧКИ В РЕЖИМЕ СВЕРХПЛАСТИЧНОСТИ

Выполнено конечно-элементное моделирование процесса сверхпластической формовки сложнопрофильной осесимметричной оболочки из листовой заготовки. Получен закон изменения давления газовой среды по времени формовки, обеспечивающий деформирование заготовки в режиме сверхпластичности.

Ключевые слова: сверхпластическая формовка, листовая заготовка, формообразующая матрица, сложнопрофильная оболочка, штамповый блок.

В авиастроении и машиностроении широкое применение находят тонкостенные сложнопрофильные оболочки, которые изготавливаются из труднодеформируемых сплавов. Сверхпластическая формовка (СПФ) благодаря повышению ресурса пластичности и снижению деформирующих сил доказала свою эффективность при производстве деталей различной геометрии из листовых заготовок [1]. Однако необходимо отметить, что для отработки новых технологий сверхпластической формовки требуется

проведение множества натурных испытаний, характеризующихся большими энергетическими и материальными затратами. Данное обстоятельство является основным фактором, ограничивающим широкое внедрение сверхпластической формовки в производство.

Применение теоретических методов анализа процессов сверхпла-стической формовки способствует значительному сокращению числа экспериментальных работ, что позволяет существенно сократить расходы предприятий на технологическую подготовку производства.

Одним из эффективных теоретических методов анализа процессов обработки металлов давлением является метод конечных элементов (МКЭ) [2], который позволяет решать как двумерные, так и трехмерные задачи.

В настоящей работе на основе разработанной программы выполнено конечно-элементное моделирование процесса сверхпластической формовки детали типа «корпус» из сплава ВТ3-1. В качестве определяющих соотношений использована математическая постановка задачи о течении физически нелинейных сред [3]. Также для описания механических свойств деформируемого материала использовано уравнение SP-среды [3]

00 + К • С о» + К • Ст

где си- интенсивность напряжений; С - интенсивность скоростей деформации; Ку и ту - обобщенные параметры, характеризующие вязкость материала; со- пороговое напряжение; о» - предел текучести материла при больших скоростях деформации.

Процесс численного моделирования проводился для заданного скоростного режима С ~ 0,00075 с_1, при этом при контакте заготовки с формообразующей матрицей реализовывали условие прилипания деформируемой заготовки.

На рис. 1 представлены стадии формоизменения листовой заготовки, которые получены в результате математического моделирования исследуемого процесса.

Как видно из рис. 1, заготовка под действием давления газовой среды большую часть времени процесса формоизменения свободно деформируется до соприкосновения с дном формообразующей матрицы (1800 с). После контакта заготовки с матрицей происходит формообразование дна и боковой поверхности детали (1800...2200 с). В завершении процесса деформирования оформляется окончательный рельеф сечения оболочки (2200 - 2654 с).

На рис. 2 представлен график технологического давления газовой среды Р([), который был сформирован при конечно-элементном моделировании исследуемого процесса.

0.00084. 0.00064

- о.оооаа

^,1/с

0.000Ск)

0 10 20 30 '10 50 № 70 80 У0 100

Время формовки 600 с

Время формовки 1400 с

Время формовки 1800 с

Ъ.ис

; 0,00065

0 10 20 30 40 50 60 ’О 80 $>0 100

Г, ММ

0 10 20 30 40 50 60 70 80 ЯО 100

Г, мм

Время формовки 2654 с

Время формовки 2200 с Время формовки 2400 с

Рис. 1. Стадии формоизменения листовой заготовки при СПФ детали

типа «корпус»

На рис. 3 представлены кривые е(г), характеризующие изменение накопленной степени деформации в меридиональном сечении заготовки на разных временных этапах формообразования оболочки.

500 1000 1500 2000 2500 с 3000

Рис. 2. График технологического давления Р

Рис. 3. Кривые е(г), характеризующие изменение накопленной степени деформации в меридиональном сечении заготовки

»,]'с

000О6

00044

.00022

00000

100071

к>!Ус \00053

.00036

'.00018

'.00000

Как видно из рис. 2, по достижении времени формовки ^ = 2200 с давление формующей среды начинает возрастать. Это объясняется тем, что с этого момента времени начинают заполняться зоны внутренних радиусов матрицы.

Из рис.3 видно, что во время свободного формоизменения деформация постепенно нарастает от е = 0 в зоне защемления до е тахв полюсе

оболочки. После завершения стадии свободного формоизменения в областях, вступивших в контакт с матрицей, деформация перестает накапливаться, поэтому у оболочки конечной геометрии областью наибольшей деформации является не центральная часть, а зона перехода дна в боковую поверхность с радиальной координатой г = 32 мм.

Для получения оболочки типа «корпус» разработана конструкция штампового блока, представленного на рис. 4.

\ 15 \ 14

Рис. 4. Схема штампового блока для сверхпластической формовки

осесимметиричных оболочек

Контейнер штампового блока 4 устанавливается на столе гидравлического пресса, прижимная крышка 10 крепится к ползуну при помощи хвостовика 12, нижняя часть которого выполнена сферической. Это необходимо для самоцентрирования крышки относительно контейнера. Герметизация заготовки осуществляется при помощи кольцевой канавки матрицы 5 и рифта, выполненного на прижимной плите 8. Нагрев штампового блока осуществляется при помощи электронагревателей 13. Для исключения противодавления воздуха между стенкой отверстия в нижней части формообразующей матрицы 5 и вставкой 15 предусмотрен зазор величиной около 1 мм. Формующая среда подается через штуцер 7.

Таким образом, в результате математического моделирования исследуемого процесса получены основные технологические параметры, необходимые для сверхпластической формовки детали типа «корпус». Также предложена конструкция штампового блока для формообразования осесимметричных оболочек из листовых заготовок.

Список литературы

1. Панченко Е.В., Селедкин Е.М. Пневмоформовка листовых заготовок в режиме сверхпластичности. Решение технологических задач. Тула: ТулГУ, 2004. 304 с.

2. Клованич С.Ф. Метод конечных элементов в нелинейных задачах инженерной механики // Библиотека журнала «Свет геотехники». 2009. Вып. 9. 400 с.

3. Чумаченко Е.Н, Смирнов О.М., Цепин М.А. Сверхпластичность: материалы, теория, технологии. М.: КомКнига, 2005. 320 с.

P. Alekseev, E. Panchenko

Simulation offorming of axisymmetric shells in the mode of superplasticity.

The finite-element simulation of superplastic forming complex profile of an axisymmetric shell of sheet blank. The law of change of pressure of the gas medium time superplastic forming, providing the workpiece is in the mode of superplasticity.

Key words: superplastic forming, sheet preparation, formoobra-zujushchaja a matrix, сложнопрофильная a cover, stamping block.

Получено 04.08.10