Другие журналы
|
научное издание МГТУ им. Н.Э. БауманаНАУКА и ОБРАЗОВАНИЕИздатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл № ФС 77 - 48211. ISSN 1994-0408
Моделирование процесса обратного выдавливания деталей из сплаваБрБ2 по схеме подвижного контейнера с применением DEFORM-2D
#6 июнь 2008 УДК 621.777.24
Мезенцева О.М., Гуренко Д.А. Самарский Государственный Аэрокосмический Университет Кафедра "Обработка металлов давлением" Научный руководитель: д.т.н., проф. Михеев В.А.
Процесс обратного выдавливания с активными силами трения получил широкое применение при изготовлении полуфабрикатов. Активные силы трения создаются в результате движения контейнера в сторону истечения металла. Возникновение активных сил трения позволяет получать выдавливанием более качественные изделия. Материал заготовки, выдавливаемый из-под торца пуансона, течет в зазор между пуансоном и контейнером. Если относительная скорость контейнера возрастает, то силы трения, приложенные к заготовке, также возрастают. Обратное выдавливание с активными силами трения при различных скоростях контейнера позволяет снизить силы деформирования до 30%. Если же контейнер не закреплен и под действием сил трения, вызванных течением металла деформируемой заготовки, перемещается в направлении течения, то возможно снижение силы выдавливания только до 8% по сравнению с обычным выдавливанием [1]. При обратном выдавливании наблюдается сложное напряженное состояние. Напряжения изменяются от одноименной схемы всестороннего сжатия до разноименной схемы с преобладающими напряжениями растяжения вблизи зоны свободного течения металла (рис. 1).
1 - пуансон, 2 - контейнер, 3 - выталкиватель Рис. 1 -Механическая схема напряженно-деформированного состояния процесса обратного выдавливания по схеме подвижного контейнера
Сложный характер распределения по объему заготовки имеет также и деформация. Наибольшую деформацию получают зоны заготовки, лежащие вблизи поверхности инструмента, передающего давление на полуфабрикат. Различные зоны заготовки претерпевают различную деформацию, как по величине, так и по направлению. Величина неравномерности деформации по диаметральному сечению детали больше при малых степенях обжатия. В зонах вблизи поверхности инструмента, передающего давление, и в очаге интенсивной деформации наблюдается значительная неравномерность деформации. Остальной объем заготовки проталкивается в формообразующую полость инструмента, практически не деформируясь. С ростом степени деформации зона наибольших деформаций уменьшается, но увеличивается величина деформации остального объема заготовки. Неравномерность деформаций по сечению снижается, а в конечной стадии процесса практически исчезает. Очагом пластической деформации охватывается не вся заготовка, а лишь зоны, прилегающие к формообразующим полостям инструмента. Применение закона трения Амонтона-Кулона при анализе процессов выдавливания приводит к неудовлетворительным результатам, особенно при анализе объемных процессов деформирования. Это связано с наличием значительных нормальных напряжений, в результате чего происходит пластическая деформация контактной поверхности и потерю линейной зависимости силы трения от нормальной нагрузки [2]. Поэтому в теоретических исследованиях процессов выдавливания желательно использовать закон постоянного трения (закон Зибеля). Согласно теории пластичности величина предельного касательного напряжения не может превышать . Из этого следует, что максимальное значение коэффициента трения равно 0,5, что подтверждает факт прилипания материала к инструменту с последующим его срезом в зоне контакта. Кроме этого, в приведенных выше работах принимали ряд допущений математического характера. Штамповку выдавливанием стремятся применять для изготовления поковок из труднодеформируемых металлов и сплавов, напряжение текучести которых более 700 МПа. Удельная сила деформирования, приложенная к торцу пуансона, при выдавливании таких материалов может быть высокой. В этом случае трудно ожидать удовлетворительной стойкости рабочих элементов штамповой оснастки. В связи с указанным целесообразно выбирать такие схемы деформирования при штамповке выдавливанием, которые можно осуществить при приложении меньших удельных сил деформирования. В работах [1], [2] указано, что изменение характера приложения внешних сил, в частности сил трения, приводит к изменению схемы напряженного состояния и к уменьшению удельных сил деформирования на контактных поверхностях заготовки и рабочего инструмента. Таким образом, можно сделать вывод о том, что выбор наиболее удачной схемы деформирования способствует повышению стойкости рабочего инструмента. В частности, выбор схемы деформирования заготовки при таких внешних силах пластические деформации будут равномерны в объеме заготовки. В этом случае направление касательных напряжений на боковой поверхности заготовки и течение материала совпадают. Ниже приведем выражения основных параметров процесса обратного выдавливания, т. е. удельной силы деформирования и относительной высоты очага пластической деформации, полученных Овчинниковым А.Г. и Дмитриевым А.М в работах [1], [2].
У Овчинникова А.Г.: ;
&nb sp; ,
У Дмитриева А.М.: ;
&nb sp; ],
где - относительный радиус контейнера, е – основание натурального логарифма, – относительная величина рабочего хода выталкивателя, отнесенная к радиусу пуансона, ky – коэффициент упрочнения, учитывающий влияние среднего угла наклона кривой упрочнения на высоту очага пластической деформации, начальная высота очага пластической деформации, - коэффициент трения по контейнеру, - коэффициент трения по пуансону. Однако при изучении вопроса получения втулок из сплава БрБ2 были выявлены факторы, которые влияют на технологические параметры процесса. В совокупности их влияние может оказаться большим. В результате образуется сложная многофакторная модель. Полный факторный анализ возможен на конечно-элементной модели процесса с применением программы Deform -2D. Изучив функциональные возможности программы Deform-2d, были выявлены введенные в нее допущения, например, закон трения по Кулону вместо Зибеля. Не смотря на это, конечно-элементный анализ позволяет обеспечить высокую степень дискретности расчетов, т.е. каждый конечный элемент может иметь свои значения нормальных и касательных напряжений. Это положение, наверняка, сглаживает результаты расчета и позволяет получить допустимую точность. Особенно это удобно при автоматизированном расчете с применением ЭВМ. В программу DEFORM-2D механические свойства материала БрБ2 были заданы из диаграммы растяжения, полученной в результате проведения механических испытаний в лаборатории. Для восьми точек заданы значения напряжений и деформаций и занесены в табличном виде в программу (Рис. 2) В программе DEFORM-2D было запущено несколько задач. Все задачи проводились для полуфабриката диаметром 60 мм. При осуществлении моделирования процесса обратного выдавливания по схеме подвижного контейнера считалось, что выталкиватель перемещается со скоростью равной 27мм/с, при неподвижном пуансоне. Контейнер также перемещается в направлении движения течения металла с постоянной скоростью 100 мм/с. Коэффициенты трения задавались для всех вариантов задач и полуфабриката заданного диаметра, равными 0,18 и 0,09. В качестве сравнения толщина дна полуфабриката бралась 2 мм и 5 мм. Результаты расчета выборочно представлены в виде графиков, приведенных в данной статье.
Рис. 2 - Панель задания свойств материала при задании свойств сплава БрБ2
Рис. 2.10 - График зависимости усилия процесса от перемещения инструмента при обратном выдавливании с активным действием сил трении, с диаметром заготовки 60 мм и коэффициентом трения между заготовкой и деформирующим инструментом 0,09 (толщина дна 2 мм)
Рис. 2.11 - График зависимости усилия процесса от перемещения инструмента при обратном выдавливании с активным действием сил трении, с диаметром заготовки 60 мм и коэффициентом трения между заготовкой и деформирующим инструментом 0,09 (толщина дна 5 мм)
Рис.2.12 - График зависимости усилия процесса от перемещения инструмента при обратном выдавливании с активным действием сил трении, с диаметром заготовки 60 мм и коэффициентом трения между заготовкой и деформирующим инструментом 0,18 (толщина дна 2 мм)
Рис. 2.13 - График зависимости усилия процесса от перемещения инструмента при обратном выдавливании с активным действием сил трении, с диаметром заготовки 60 мм и коэффициентом трения между заготовкой и деформирующим инструментом 0,18 (толщина дна 5 мм)
В конечном итоге результаты расчетов усилия были сведены в таблицу 1.
Таблица 1 – Методы расчета усилий и отклонение (Δ,%) расчетных значений от значений полученных в программе DEFORM-2D
Результаты расчета, полученные в Deform-2D, близки к результатам Дмитриева А.М в работе [2] в пределах (1…9) % в зависимости от коэффициента трения. Такое сближение результатов расчета связано с учетом тянущей силы подвижного контейнера. Результаты расчетов, полученные в Deform-2D, позволят быстрей подойти к отладке процесса изготовления втулок из бериллиевой бронзы на специализированном прессе с подвижным контейнером и установить оптимальные силовые параметры. Из втулок получают кольцевые детали подшипников шарошечных долот. В этих исследованиях заинтересованно передовое Самарское предприятия "ВолгаБурМаш".
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Овчинников А.Г. Основы теории штамповки выдавливанием на прессах: учебное пособие для вузов / А.Г.Овчинников. – М.: Машиностроение, 1983. – 200 с. 2. Дмитриев А.М. Технология ковки и объемной штамповки. Часть 1: Объемная штамповка выдавливанием: учебное пособие для вузов / А.М. Дмитриев, А.Л. Воронцов. – М.: Высшая школа, 2002. – 400 с.
Публикации с ключевыми словами: штамповка, DEFORM Публикации со словами: штамповка, DEFORM Смотри также: Тематические рубрики: Поделиться:
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|