ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛОВЫХ РЕЖИМОВ ПРОЦЕССА ОБЖИМА

Технологии и оборудование обработки металлов давлением
CALCULATION OF TECHNOLOGICAL PARAMETERS OF PROCESS OF
ELECTROMAGNETIC FORMING OF THE FLAT BLANKS USING CONCENTRATORS
N.E. Proskuryakov, A.K. Talalaev, D.Z. Lai, A.V. Volodin
When designing technological operations electromagnetic forming flat blanks need
the right choice of rational equipment operation modes and parameters of magnetic pulse
settings. The variants calculating of the parameters of technological operations and
equipment are offered.
Key words: electromagnetic forming, flat bars, magnetic pulse equipment, technological parameters, concentrator, the inductor system
Proskuryakov Nikolay Evgenievich, doctor of technical science, professor,
vippne@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
Talalaev Alexei Kirillovich, doctor of technical science, professor, tppzi@tsu.tula.ru,
Russia, Tula, Tula State University,
Dang Lai Zhang, Candidate of technical science, docent, danggiang248@mail.ru,
Vietnam, Hanoi, Le Quy Don University
Aleksey Valeryevich Volodin, postgraduate, tppzi@tsu.tula.ru, Russia, Tula, Tula
State University,
УДК 621.938
ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛОВЫХ РЕЖИМОВ ПРОЦЕССА ОБЖИМА
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК
С.С. Яковлев, К.Х. Нгуен
На базе метода конечных элементов, проведено исследование силовых режимов процесса обжима цилиндрических заготовок в среде программного комплекса
QFORM 2D-3D v. 7. Показано влияние геометрических факторов, характеризующих
форму и размеры заготовок на силовые режимы процесса обжима.
Ключевые слова: цилиндрическая заготовка, обжим, QFORM 2D-3D,
SOLIDWORKS, матрица, пуансон, моделирование.
При строительстве трубопроводов применяются такие соединительные детали трубопроводов, как переходники рис. 1. Стальные переходники используются для соединения труб с разным диаметром. Благодаря переходникам трубопроводов становится надежным и прочным.
63
Известия ТулГУ. Технические науки. 2014. Вып. 4
Рис. 1. Типовые детали после обжима
Весьма распространенной разновидностью обжима в конической
матрице является так называемый обжим с выходным в цилиндр, когда в
результате получается деталь, имеющая у края цилиндрический участок с
диаметром, меньшим диаметра исходной заготовки. Для образования цилиндрического участка детали элементы заготовки, перемещающиеся из
конического в цилиндрический участок, должны изменить форму срединной поверхности с конической на цилиндрическую.
В последние годы по этим операция проведен ряд исследований и
опытных работ, охватывающих вопросы как теории, так и технологии обжима (работы Е.А. Попова, Ю.А. Аверкиева, С.С. Соловцова, Ю.Н. Алексеева и др.). В работах этих авторов выполнены теоретические исследования операций обжима тонкостенных заготовок. Принималось, что операция реализуется в условиях плоского напряженного состояния. Получены
аналитические выражения для определения деформированного и напряженного состояний, силовых режимов процесса обжима [1-5].
В данной работе для анализа деформированного и напряженного
состояний и определения силовых режимов процесса обжима использован
метод конечных элементов.
Для определения силовых режимов процесса обжима используем
модель, которая представляет собой полую осесимметричную заготовку в
формате 3D. В связи с указанными факторами для моделирования выбран
программный комплекс QFORM2D-3Dv.7, позволяющий моделировать
процессы объемной штамповки с использованием 3D конечных элементов
пирамидальной формы. Для создания геометрии деталей экспериментальных штампов и заготовок используем программный комплекс КОМПАС
3D и SOLIDWORKS 2010. На рис. 2 представлены модели заготовки перед
моделированием в среде программе QFORM 2D-3D.
Моделирование выполняется из стали 10 ( σТ = 200 МПа ;
σ В = 3400 МПа ; П = 750МПа ); диаметр заготовки 80х74 мм в конической
матрице с углом конусности матрицы α = 100; 200; 300, коэффициентом
трения µ = 0,08; 0,1; 0,15; 0,2 и коэффициент обжима kоб = 1,67; 1,43; 1,25 и
(соответственно mоб = 0,6; 0,7; 0,8) в среде программы QFORM2D-3Dv.7.
64
Технологии и оборудование обработки металлов давлением
Рис. 2. Модель 3D инструментов перед моделированием:
1 – заготовка; 2 – пуансон; 3 – матрица
В таблице представлены параметры моделирования.
Параметры моделирования
Материал заготовки
Температура штамповки
Сталь 10, COLD
200С
Реологические модели:
а) Заготовка
б) Детали штампов
Число конечных элементов сетки заготовки, тыс.
Размер КЭ, мм
Скорость деформирования, мм/сек
Шаг интегрирования, мм
Упругопластическая
L6 HRC42
150…400
0,2…0,5
5
0,03
Графические зависимости изменения относительны силы процесса
P = P /(πD0s0σТ ) от относительного перемещения заготовки h = h / s0 (при
α =200; mоб = 0,6; µ =0,15).
Рис. 3. Зависимости изменения P от h
Анализ графических зависимостей рис. 3. показывает, что изменение силы обжима может разделить на 4 этапа. На первом этапе подгибается краевая часть заготовки, причем матрица воздействует только узкий
65
Известия ТулГУ. Технические науки. 2014. Вып. 4
поясок у края заготовки, в промежутке между контактным пояском и недеформируемой частью образуется участок свободного изгиба, в этом этапе с увеличением перемещения заготовки относительная сила увеличивается. На втором этапе, соответствующем скольжению заготовки по конической поверхности матрицы, сила обжима увеличивается плавно. На
третьем этапе, когда край заготовки выходит за пределы конической части
матрицы, сила возрастает менее интенсивно. На последнем этапе происходит свободный изгиб заготовки и после этого начинается образовываться
цилиндрический участок. .а этом этапе сила увеличивается к максимальному значению и остается постоянным. Деталь после обжима представлена
на рис. 4.
Рис. 4. Деталь после обжима
На рис. 5 и 6 приведены графические зависимости изменения относительной величины силы от величины коэффициента трения µ . Установлено, что с увеличением коэффициента рения величина относительной величины силы увеличивается. В частности, с увеличением коэффициента
трения с 0,1 до 0,2 относительная величина силы увеличивается на 40 %.
Рис. 5. Зависимости изменения P от h при различных
коэффициентах трения:
1 - µ = 0,1; 2 - µ = 0,15; 3 - µ = 0,2
66
Технологии и оборудование обработки металлов давлением
Анализ графических зависимостей 5 и 6 показывает, что с увеличением значения коэффициента трения µ , по каждому относительному перемещению h (по каждому моменту) относительная сила обжима увеличивается. И максимальная относительная сила обжима возрастает пропорционально с увеличением значения трения.
Рис. 6. Зависимости изменения P от µ
Графические зависимости изменения относительной величины силы процесса обжима P = P / (πD0 s0σТ ) от угла конусности матрицы α
(mоб = 0,7; µ = 0,08) для трубных заготовок из стали 10 представлены на
рис. 7 и 8.
Рис. 7. Зависимости изменения P от α
Рис. 8. Зависимости изменения P от α :
1 - µ = 0,8; 2 - µ = 0,1; 3 - µ = 0,15; µ = 0,2
67
Известия ТулГУ. Технические науки. 2014. Вып. 4
Анализ результатов расчетов и графических зависимостей, приведенных на рис. 7 и 8, показывает, что выявлены оптимальные углы конусности матрицы в пределах 15…250, соответствующие наименьшей величины силы процесса. Установлено, что с ростом коэффициента трения µ и
коэффициента обжима mоб величина относительной силы P возрастает.
Выводы:
1. Показано, что с помощью программного комплекса QFORM 2D3D может быть выполнено исследование силовых режимов операции обжима на каждом этапе деформирования.
2. Установлены закономерности влияния изменения относительной
силы процесса обжима от угла конусности матрицы и коэффициента трения и определены оптимальные углы конусности матрицы.
Список литературы
1. Аверкиев А.Ю. Формоизменение трубной заготовки при раздаче
и обжиме // Кузнечно-штамповочное производство. 2000. №1. С. 6-9.
2. Аверкиев Ю.А., Аверкиев А.Ю. Технология холодной штамповки: Учебн. для вузов. М.: Машиностроение, 1989. 304 с.
3. Попов Е.А., Оцхели В.Н. Анализ напряженно-деформированного
состояния при обжиме трубных заготовок // Кузнечно-штамповочное производство. 1972. №5. С. 17 - 19.
4. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки/ Е.А Попов. 2-е
изд., перераб., и доп. М.: Машиностроение, 1977. 278с.
5. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. 6-е изд.
Л.: Машиностроение, 1979. 520 с.
6. Биба Н.В., Стебунов С.А. «QForm 5.0 – программный инструмент
для повышения эффективности производства в обработке металлов давлением». 2008.
Яковлев Сергей Сергеевич, д-р техн. наук, проф., mpf-tula@rambler.ru, Россия,
Тула, Тульский государственный университет,
Нгуен Куок Хуи, асп., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
STUDY MODE POWER OF SQUEEZING PROCESS
FROM CYLINDRICAL WORK PIECES
S.S. Yakovlev, Q.H. Nguen
In this paper based on finite element method, a study mode power of squeezing process from cylindrical work pieces in complex software environment QFORM 2D-3D v. 7.
Shows the effect of geometrical factors characterizing the shape and dimensions of work
pieces power modes squeezing process.
68
Технологии и оборудование обработки металлов давлением
Key words: cylindrical work piece, squeezing, QFORM 2D-3D, SOLIDWORKS, Bottom Die, Top Die, modeling.
Yakovlev Sergey Sergeevich, doctor of technical sciences, professor, mpftula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Nguen Quok Hui, postgraduet, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.771
ФОРМОИЗМЕНЕНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК
ПРИ ОСАДКЕ БАБОЙ МОЛОТА С НАПОЛНИТЕЛЕМ
В.Ю. Лавриненко
В работе приведены данные экспериментального исследования особенностей
формоизменения при осадке цилиндрических заготовок на молотах. Установлено, что
применение бабы молота с наполнителем приводит к увеличению интенсивности
формоизменения и степени деформации заготовок по сравнению с осадкой стандартной бабой до 1,35 раза.
Ключевые слова: осадка, ударное деформирование, баба молота с наполнителем, ковочный молот,
В работе проведено экспериментальное исследование особенностей
формоизменения при осадке цилиндрических заготовок на молотах. Осадку заготовок проводили на специальной экспериментальной установке, состоящей из вертикального копра и системы скоростной видеосъемки [1]. В
течение всего исследуемого процесса проводили видеосъемку скоростной
цифровой видеокамерой с частотой 3000 кадров в секунду, данные с которой поступали в оперативную память компьютера.
Для осадки заготовок на копре использовали стандартную бабу, а
также бабу с наполнителем [2], состоящую из корпуса с внутренней полостью и засыпаемых внутрь металлических шариков диаметром Dшар =
0,001; 0,002; 0,006; 0,012 м из стали ШХ15. Масса корпуса бабы была равна 14,5 кг, а масса засыпаемых внутрь шариков - mшар = 3,36; 5,6 и 7,84 кг.
При этом отношение массы шариков к общей массе бабы K M =
0,15; 0,25 и 0,35.
69
mшар
mбабы
=