Влияние последовательности переходов при вытяжке с локальным утонением на силовые параметры и напряжённо-деформируемое состояние

ТЕХНОЛОГИИ И МАШИНЫ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ

УДК 621.983

ВЛИЯНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ПЕРЕХОДОВ ПРИ ВЫТЯЖКЕ С ЛОКАЛЬНЫМ УТОНЕНИЕМ НА СИЛОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ И НАПРЯЖЁННО-ДЕФОРМИРУЕМОЕ

СОСТОЯНИЕ

В. А. Коротков, И. А. Чижов, А.С. Архипцев

Произведено исследование влияния последовательности переходов при вытяжке с локальным утонением в матрицах с различным числом клиновых выступов на силовые параметры, интенсивность напряжений и деформаций. Выполнено компьютерное моделирование в программном комплексе QForm.

Ключевые слова: последовательность вытяжек, вытяжка с локальным утонением, интенсивность напряжений, интенсивность деформаций, клиновые выступы, технологическая сила, интенсивная пластическая деформация, QForm, переходы вытяжек.

Перед современной промышленностью стоит ряд актуальных задач, в частности, получение высокопрочных полых цилиндрических оболочек. В настоящее время такие детали в основном получаются ротационной вытяжкой, однако существует альтернативная, более производительная технология, такая как вытяжка с локальным утонением стенки в матрицах с выступами клиновой формы по периметру рабочего пояска на прессовом оборудовании [1].

Вытяжка с локальным утонением приводит к возникновению интенсивной пластической деформации за счет дополнительных сдвиговых деформаций, в результате которых улучшаются эксплуатационные характеристики изделия. В данной работе рассматривается влияние последовательности формоизменения с локальным утонением стенки заготовки через матрицы с клиновыми выступами с ориентацией выступов второй матрицы по впадинам первой при разном числе клиновых выступов, и сравнение полученных результатов моделирования на нагрузку, напряженное и деформированное состояние при вытяжки с локальным утонением через каждую матрицу для определения условий получения деталей с требуемыми числом наружных рифлей и эксплуатационными характеристиками.

503

В компьютерном моделировании в программном комплексе QForm использовались матрицы (рис. 1) с различным числом клиновых выступов: 8, 12 и 24. Причем матрицы с числом выступов 8 и 12 располагались таким образом, что после первой матрицы стояла вторая матрица, ориентированная выступами по впадинам первой. Между двумя матрицами находилось промежуточное кольцо, необходимое для того, чтобы заготовка полностью прошла первую матрицу, не начав деформироваться во второй. В результате процессов, получались полуфабрикаты соответственно с 16, 24 и 24 рифлями на наружной поверхности. Для сравнения силовых параметров, интенсивностей напряжений и деформаций, возникающих при вытяжке через 2 матрицы с получением 16 и 24 рифлей, исследовалась вытяжка через матрицу с 24 выступами по периметру рабочего пояска. Высота выступов была постоянной и составляла 2 мм. Толщина стенки заготовки - 3 мм, материал - сталь 10, изотропный, деформируемый при нормальной температуре 20°С.

Рис. 1. Конструкция штампа для вытяжки с локальным утонением

стенки заготовки

Интенсивность напряжений и деформаций определялись всегда в месте нанесения трассирующих точек, расположенных в середине толщины заготовки (рис. 2). Причем для матрицы с 24 выступами точка Р0 находилась в месте наибольшего локального утонения стенки, а точка Р1 в месте, в котором утонения не происходило, в то время как при вытяжке через 2 матрицы с 12 и 8 выступами - фиксированные точки Р0 находилась в месте, в котором на первой матрице происходит локальное утонение стенки, а на второй матрице - нет, точка Р1 находилась, наоборот, в месте, в котором на первой матрице утонение не производилось, а при прохождении через вторую матрицу было утонение. В результате этого изменялись условия нагружения на локальных участках заготовки на переходах вытяжки.

Рис. 2. Расположение трассируемых точек в момент пластической деформации

Используя данные, полученные в ходе моделирования, были построены графики силы, интенсивности напряжений и деформаций, представленные на рис. 3, 5 и 6.

8 выступов 12 выступов 24 выступа 16 выступов

10 20 30 40 50 60 Перемещение пуансона, мм

70

80

Рис. 3. График изменения технологической силы при вытяжке с локальным утонением стенки заготовки

В результате анализа графика (рис. 3) была определена зависимость технологической силы от числа клиновых выступов по периметру рабочего пояска матрицы.

0

Первая матрица Вторая матрица

Рис. 4. Изменение технологической силы вытяжки с локальным утонением в зависимости от числа клиновых выступов

Таблица 1

Значения площадей контакта матрицы с заготовкой в плане и технологическая сила вытяжки

Число выступов матрицы Номер операции Площадь, мм2 Сила, кН

8 выступов Первая 136,2 86

Вторая 51,86 50,7

16 выступов Первая 118,9 77

12 выступов Первая 123,4 79

Вторая 52,62 46,3

24 выступа Первая 115,7 72

Из графиков (рис. 4) и табл. 1 следует, что с увеличением числа выступов при вытяжке через одну матрицу уменьшается площадь контакта заготовки с матрицей и силовые нагрузки. При вытяжке через вторую матрицу число выступов матрицы не оказывает существенного влияния на площадь контакта и силовые параметры.

При использовании матриц с различным числом выступов при вытяжке с локальным утонением по периметру заготовки значения напряжений и деформаций неодинаковы, что иллюстрируется графиками, приведёнными на рис. 4 и 5. Наибольшее колебание напряжений и деформаций по периметру заготовки наблюдалось при вытяжке через матрицу с числом выступов 8 и уменьшалось с увеличением числа зубьев. Таким образом при локальном утонении возникает неоднородность полей напряжений и деформаций.

Число выступов

-Р0 -Р1

а

-Р0 -Р1

б

-Р0 -Р1

в

Рис. 5. Графики интенсивности напряжений в матрицах с разным числом выступов клиновых: а - 8; б -12; в - 24

507

I- >5

£ -

* t

I о

01 -А-

J Si

1,5 1,2 0,9 0,6 0,3

I- >5

£ -

* t

I о

01 -о-

J Si

I- >5

И S

I J

° I

01 -А-

£ V

1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0

1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0

10

20 30 40 50

Перемещение пуансона, мм

-P0 -P1

а

60

70

80

10 20 30 40 50

Перемещение пуансона, мм

-P0 -P1

б

60

70

80

10 15 20 25

Перемещение пуансона, мм

30

35

40

P0

P1

в

Рис. 6. Графики интенсивности деформаций в матрицах с разным числом выступов клиновых: а - 8; б -12; в - 24

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

Lat =

Oi max Oi min

x 100%,

(oi max + Oi min)/2

где Oi max и Oi min - соответственно максимальное и минимальное значение интенсивности напряжений.

0

0

0

0

5

А неоднородность полей интенсивности деформаций характеризуется показателем:

Д££ =

тах тт

х 100%,

тах ^¿гп1п)/2

где £1 тах и т1П - соответственно максимальное и минимальное значение интенсивности напряжений.

В результате анализа графиков интенсивности напряжений и деформаций, а также рассчитанных по формулам (1) и (2) показателей неоднородности, были получены данные, приведенные в табл. 2.

Таблица 2

Значения интенсивности напряжения и интенсивности

Число выступов Номер матрицы Деформации г Напряжения о, МПа

Точка Р0 Точка Р1 Показатель неоднородности, % Точка Р0 Точка Р1 Показатель неоднородности, %

8 Первая 0.96 0.62 43 600 561 6.7

Вторая 1.2 1.4 15.4 610 638 4.5

12 Первая 0.8 0.57 33 570 548 4

Вторая 1.04 1.28 20.7 587 601 2.4

16 Первая 0.823 0.61 30 579 548 5.5

24 Первая 0.81 0.67 19 571 557 2.5

660

8 12 16 20 24 Число выступов

Р0 на первом переходе Р1 на первом переходе Р0 на втором переходе Р1 на втором переходе

8 12 16 20 24 Число выступов

Р0 на первом переходе Р1 на первом переходе Р0 на втором переходе Р1 на втором переходе

8 12 16 20 24 Число выступов

-деформация на первом переходе -напряжения на первом переходе деформации на втором переходе -напряжения на втором переходе

а б в

Рис. 7. Графики зависимости: а - интенсивности напряжений; б - интенсивности деформаций; в - показателей неоднородности от числа выступов при вытяжке через первую и вторую матрицы

509

Из графиков (рис.7) следует, что на втором переходе вытяжки из-за упрочнения металла интенсивности напряжений возрастают, при этом с увеличением числа выступов на рабочем пояске матрицы уменьшаются по абсолютной величине. Такая же закономерность наблюдается с изменением интенсивности деформаций. В результате этого возрастает интенсивная пластическая деформация по сравнению с использованием однопереход-ной вытяжки. Например, при использовании матриц с 8 выступами максимальная интенсивность деформаций наблюдалась на втором переходе вытяжки и равнялась 1,4 при получении полуфабриката с 16 рифлями, тогда как при получении полуфабриката с таким же числом рифлей за один переход, максимальная интенсивность деформаций составила 0,8. Аналогичная закономерность имела место при использовании матриц с 12 выступами. Отличием являлось уменьшение значений интенсивностей деформаций по абсолютной величине.

Следовательно, на интенсивную пластическую деформацию существенное влияние оказывают переходы вытяжки и число выступов на рабочем пояске матрицы.

1. С увеличением числа выступов матрицы уменьшается технологическая сила.

2. Неоднородность поля напряжений и деформаций зависит от числа выступов матрицы и числа переходов вытяжки.

3. При однопереходной вытяжке неоднородность поля деформаций уменьшается, с увеличением числа выступов матрицы, в то время как неоднородность поля напряжений меняется незначительно.

4. Интенсивность пластической деформации при двухпереходной вытяжке с получением полуфабриката с заданным числом рифлей существенно выше, чем при однопереходной вытяжке с получением полуфабриката с таким же числом рифлей.

5. На интенсивную пластическую деформацию существенное влияние оказывают переходы вытяжки и число выступов на рабочем пояске матрицы.

Список литературы

1. Способ вытяжки с интенсивной пластической деформацией и устройство для его осуществления : Патент РФ №2638720 / кл. В21Б 22/20 / Коротков В.А., Ларин С.Н., Яковлев С.С // опубл. 15.12. 2017. Бюл. №35.

Короткое Виктор Анатольевич, канд. техн. наук, доцент, тр/-Ы1а@,гатЪ1ег.ги, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Чижов Иван Алексеевич, студент, тр—и!а@,гатЪ1ег.ги, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

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

INFLUENCE OF THE SEQUENCE OF TRANSITIONS UNDER EXTRACT WITH LOCAL DROP ON POWER PARAMETERS AND STRESSED-DEFORMABLE CONDITION

V.A. Korotkov, I.A. Chizhov, A.S. Arkhiptsev

A study was made of the influence of the sequence of transitions during drawing with local thinning in matrices with different numbers of wedge protrusions on the force parameters, intensity of stresses and strains. Completed computer simulation in the QForm software package.

Key words: sequence of extracts, stretching with local thinning, stress intensity, strain intensity, wedge protrusions, technological force, severe plastic deformation, QForm, stretch transitions.

Korotkov Viktor Anatolievich, candidate of technical science, docent, 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 621.983

ДЕФОРМАЦИОННЫЕ И СИЛОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРИ НЕРАВНОМЕРНОМ УТОНЕНИИ СТЕНКИ ЗАГОТОВКИ

С. С. Яковлев

Произведено компьютерное моделирование в программном комплексе QForm для исследования вытяжки с неравномерным утонением стенки заготовки. Приведены силовые параметры, а также интенсивности напряжений и интенсивности деформаций.

Ключевые слова: вытяжка с утонением, неравномерное утонение интенсивность напряжений, интенсивность деформаций, высота клиновых выступов, технологическая сила, интенсивная пластическая деформация, QForm.

Немаловажным в современной промышленности является изготовление деталей с высокими прочностными характеристиками, в частности деталей типа стакан. Большинство таких деталей выполняется ротационной вытяжкой, однако существует ряд недостатков этой технологии, например, низкая производительность. Поэтому целесообразно изготавливать такие детали иными методами, со схожим конечным результатом,

511