Влияние угла подъёма клиновых спиральных выступов матрицы на неоднородность поля напряжений и деформаций при вытяжке с локальным утонением

УДК 621.983

ВЛИЯНИЕ УГЛА ПОДЪЁМА КЛИНОВЫХ СПИРАЛЬНЫХ ВЫСТУПОВ МАТРИЦЫ НА НЕОДНОРОДНОСТЬ ПОЛЯ НАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ ПРИ ВЫТЯЖКЕ С ЛОКАЛЬНЫМ УТОНЕНИЕМ

С. С. Яковлев, И. А. Чижов, А. С. Архипцев

Проведено компьютерное моделирование процесса вытяжки с локальным утонением стенки заготовки в матрице с многозаходными спиральными выступами по периметру рабочего пояска с использованием программного комплекса QForm. Проанализирована зависимость интенсивности деформаций, интенсивности напряжений и неоднородности их показателей в зависимости от угла подъема спиральных выступов матрицы.

Ключевые слова: интенсивность напряжений, интенсивность деформаций, компьютерное моделирование, спиральные клиновые выступы, угол подъёма, рифля.

Одной из актуальных задач промышленности является разработка современных технологических процессов, основанных на новых способах обработки металлов давлением. Одним из таких способов является получение наружных рифлей [1, 2]. Особенностью данного метода является вытяжка с локальным утонением через матрицы с многозаходными спиральными выступами по периметру рабочего пояска матрицы. После первой операции вытяжки получается полуфабрикат, в котором на наружной поверхности имеются рифли (рис. 1).

Рис. 1. Полуфабрикат детали с наклонными рифлями, получаемой вытяжкой с локальным утонением через матрицу с спиральными выступами с углом

подъема 40°

Для исследования интенсивности напряжений и деформаций было проведено математическое моделирование процесса методом конечных элементов в программе QForm 7 [3]. В качестве исходных параметров расчета было принято следующее: материал заготовки - сталь 10 (изотропный [4]), предел текучести которого составляет 205 МПа, предел прочность - 372 МПа. Использовалась заготовка «стакан» диаметром 36 мм с толщиной стенки 3 мм.

Исследовались интенсивности деформаций и интенсивности напряжений в двух трассируемых точках, а именно, в середине толщины заготовки в местах наибольшего (P1) и наименьшего (P0) утонений стенки (рис. 1) в зависимости от угла подъема спирального выступа: 20, 30 и 40°. Число многозаходных спиральных выступов, высотой 2 мм, было постоянным и составляло 24.

В процессе такой вытяжки происходит локальное деформирование участков, что приводит к возникновению неоднородности полей напряжений и деформаций [5].

Неоднородность полей интенсивности напряжений на локальных участках заготовки характеризуется показателем неоднородности:

. тах ~ т1ц) 100%

= —-—-С1)

тах тих)/2

ности напряжения.

Неоднородность полей интенсивности деформаций характеризуется показате-

. тах ~ таг) 100%

Л££ = —-—-ТТт '

С^тах ^¿?п£П)/2

ности напряжения.

В результате исследования были получены данные, приведенные в таблице. Значения интенсивности напряжений и интенсивности деформаций

Угол подъема выступа Деформации г Напряжения о, МПа

Выступ (точка Р1) Впадина (точка Р0) Показатель неоднородности, % Выступ (точка Р1) Впадина (точка Р0) Показатель неоднородности, %

20° 0,77 0,65 16,9 560 544 3

30 0,84 0,61 31,7 548 530 3,3

40 0,9 0,78 14,3 540 530 1,9

На основе полученных данных были построены графики показателей неоднородности, интенсивности деформаций и напряжений, показанные на рис. 3, 4 и 5.

Интенсивность деформации о о о о о 1п Ст1 оо 1о

—•—Р0

20

30

40

Угол подъема выступа, грудус

Рис. 3. Изменение интенсивности деформаций в точках Р0 и Р1

РО Р1

Угол подъема выступа, грудус

Рис. 4. Изменение интенсивности напряжений в точках Р0 и Р1

248

о == 20

0

§ 10

1

ч

0 0

(и 0

1

20

-деформация напряжения

30

Угол подъема выступа, грудус

40

Рис. 5. График показателей неоднородности интенсивности напряжений и деформаций

Выводы:

1. Из графиков следует, что наибольшая неоднородность интенсивности деформаций возникает при 30 град с показателем неоднородности 31 %, а меньше всего -при 20 и 40 град с показателями неоднородности 17 и 14,4 % соответственно.

2. Угол подъема спирального клинового выступа практически не оказывает влияния на показатель неоднородности интенсивности напряжений.

3. Неоднородность поля интенсивности напряжений приводит к увеличению неоднородности поля интенсивности деформаций и возникновению дополнительных сдвиговых деформаций, вследствие чего улучшаются эксплуатационные характеристики готового изделия.

Список литературы

1. Яковлев С.С., Коротков В. А. Способ получения рифлей на внешней поверхности цилиндрических заготовок // Заготовительные производства в машиностроении. 2018. №7. С. 306-308.

2. Способ формирования рифлей ромбовидной формы на наружной поверхности цилиндрической оболочки: Патент РФ №2655555, кл. В21С 37/20 / Иванов Ю.А., Коротков В.А., Кухарь В.Д., Ларин С.Н., Митин О.Н., Трегубов В.И., Яковлев С.С. // опубл. 28.05. 2018. Бюл. №16.

3. QForm [Электронный ресурс] URL: http://www.qform3d.ru/products/qform. (дата обращения: 10.11.2018).

4. Engineering Plasticity: Theory and Applications in Metal Forming / Z.R. Wang, Weilong Hu, S.J. Yuan, Xiaosong Wang - Kindle Edition, 2018. 496 p.

5. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теории обработки металлов давлением. М.: Масшиностроение, 1997. 331 с.

Яковлев Сергей Сергеевич, студент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Чижов Иван Алексеевич, студент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Архипцев Антон Сергеевич, студент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

THE EFFECT OF ANGLE OF LIFTING THE WEDGE SPIRAL MA TCHES OF THE MA TRIX ON THE INHOMOGENEITY OF THE FIELD OF STRESSES AND DEFORMA TIONS DRA WING WITH LOCAL DEFINITION

S.S. Yakovlev, I.A. Chizhov, A.S. Arkhiptsev 249

A computer simulation of the drawing process was carried out with local thinning of the billet wall in a matrix with multiple spiral lugs along the working belt perimeter using the QForm software package. The dependence of the strain intensity, stress intensity and the heterogeneity of their indicators depending on the elevation angle of the spiral protrusions of the matrix is analyzed.

Key words: stress intensity, strain intensity, computer simulation, spiral wedge, lifting angle, corrugation.

Yakovlev Sergey Sergeevich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Chizhov Ivan Alekseevich, student, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Arkhiptsev Anton Sergeevich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.73.043

ОТКРЫТАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА ПОКОВОК С РЕГЛАМЕНТИРУЕМЫМ ПОДПОРОМ В ОБЛОЙНОМ МОСТИКЕ

В.Н. Михайлов, И.М. Володин

Рассматривается объемная штамповка круглых, удлиненных и кольцевых в плане поковок в открытом штампе. Предложена схема штампа и методика проектирования расширяющейся облойной канавки с регламентируемым подпором, что снизит силу штамповки, норму расхода металла за счет уменьшения штамповочных уклонов и облоя поковки, повысит стойкость штамповой оснастки.

Ключевые слова: поковка, штамп, облой, облойная канавка, ручей штампа, штамповочный уклон.

В настоящее время в кузнечно-штамповочном производстве преобладает традиционная, открытая горячая объемная штамповка (ГОШ) (рис. 1, а) на кривошипных горячештамповочных прессах (КГШП). Заполнение ручья штампа и окончательное формообразование поковки сопровождается вытеснением избытка металла в облойную канавку, которая характеризуется высотой hз и шириной b облойного мостика [1]. При этом решается две задачи: компенсация неточности исходной заготовки; создание подпора со стороны вытесняемого металла для качественного оформления поковки. Известно, что деформация облоя в области канавки в 1,6-2,2 раза повышает силу деформации поковки, что отрицательно сказывается на стойкости оснастки и, в ряде случаев, требует использования оборудования большей мощности.

Известен способ бесподпорной штамповки (рис. 1, б) [2], заключающийся в получении окончательно отштампованной поковки в открытом штампе с вытеснением избытка металла за пределы гравюры штампа без подпора со стороны облоя. Заполнение полости штампа осуществляется в основном за счет деформации рационально подготовленного полуфабриката и до момента вытеснения лишнего объема металла в об-лой, ручей штампа уже полностью заполнен, то есть функция подпора металла в об-лойной канавке отпадает. Отсутствует облойный мостик и облой не подвергается деформацией инструментом, что снижает силу штамповки, значительно уменьшает норму расхода металла, за счет уменьшения штамповочных уклонов и облоя поковки, повышает стойкость штамповой оснастки.