Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса, постановка цели и задач исследования 12
1.1 Анализ технологичности полых цилиндрических деталей для изготовления выдавливанием 12
1.2 Современное состояние и методы исследования схем комбинированного выдавливания 18
1.3 Влияние условий производства на проектирование технологических операций комбинированного выдавливания 43
1.4 Обзор технологического оборудования 45
1.5 Выводы по главе 53
Глава 2. Методика исследования комбинированного выдавливания 56
2.1 Схема комбинированного выдавливания 56
2.2 Описание методики, включающей в себя совокупность физического и компьютерного экспериментов
2.2.1 Определение функций отклика 60
2.2.2 Выбор факторов и уровней их варьирования 63
2.2.3 Выбор плана эксперимента 63
2.2.4 Реализация опытов при физическом эксперименте 65
2.2.5 Реализация опытов при компьютерном эксперименте 66
2.2.6 Регрессионный анализ результатов 68
2.3 Физические экспериментальные исследования 70
2.3.1 Экспериментальная оснастка и применяемые материалы 70
2.3.2 Подготовка и проведение физических экспериментов з
2.3.3 Экспериментальное определение перемещения матрицы под действием
сил контактного трения при комбинированном выдавливании 75
2.4 Организация компьютерных экспериментов 78
2.4.1 Определение начальных данных и граничных условий в компьютерном эксперименте 80
2.4.2 Отработка способа построения кривой упрочения и определения условий трения
2.5 Отработка применения программного комплекса при моделировании операций комбинированного выдавливания 87
2.6 Выводы по главе 93
Глава 3. Результаты исследования комбинированного выдавливания и обсуждение 95
3.1 Подготовка компьютерных экспериментов 95
3.2 Постановка эксперимента с использованием композиционной матрицы плана 105
3.3 Верификация разработанных моделей компьютерного эксперимента 109
3.4 Результаты экспериментов по исследованию формоизменения заготовок 116
3.4.1 Дублирование опытов 118
3.4.2 Анализ силовых параметров процесса 124
3.4.3 Прогнозирование размеров получаемого изделия
3.5 Экспериментальное обоснование действия активно направленных сил трения при комбинированном выдавливании в плавающей матрице 132
3.6 Выявленные дефекты и пути их преодоления
3.6.1 Оценка макроструктуры получаемых изделий 137
3.6.2 Выявленные дефекты и рекомендации по их преодолению 139
4
3.6.3 Определение условий получения бездефектных изделий 142
3.7 Выводы по главе 150
Глава 4. Разработка методики проектирования технологического процесса комбинированного выдавливания втулок 153
4.1 Анализ зависимостей силы выдавливания по ходу пуансона 153
4.1.1 Обработка графиков силы выдавливания, полученных при экспериментальных исследованиях 158
4.1.2 Расчет момента начала течения материала заготовки в противоположные каналы штампа 1 4.2 Построение моделей для зависимостей высот стенок втулки по ходу выдавливания 170
4.3 Построение диаграммы рациональных размеров инструмента 172
4.4 Разработка методики проектирования процесса выдавливания 173
4.4.1 Использование методики проектирования технологического процесса выдавливания 177
4.5 Схема гидравлического пресса для комбинированного выдавливания с управляемым течением материала 184
4.6 Выводы по главе 190
Заключение 191
Условные обозначения 194
Перечень использованной литературы
- Влияние условий производства на проектирование технологических операций комбинированного выдавливания
- Выбор факторов и уровней их варьирования
- Верификация разработанных моделей компьютерного
- Построение диаграммы рациональных размеров инструмента
Влияние условий производства на проектирование технологических операций комбинированного выдавливания
Наряду с установлением силового режима КВ, важным остается вопрос формоизменения заготовки в ходе выдавливания. Разработка аналитических зависимостей для отыскания конечных размеров поковки, полученной по схеме с истечением материала в двух направлениях, затруднена вследствие недостаточности кинематических условий, в частности условия постоянства объема, а также существенной зависимости конечных размеров от ряда факторов, включая отношение диаметра заготовки к ее высоте и условий трения, создаваемых на контактных поверхностях инструмент-заготовка в зонах прямого и обратного течения металла. В то же время экспериментальные исследования остаются крайне трудоемкими при изучении влияния большого количества факторов. В связи с этим авторы многих работ использовали теоретические и экспериментальные подходы совместно.
В работе [105] автором на основании обширных экспериментальных и теоретических исследований различных ученых Х. Кудо [129, 130], Р. Хилла [110], У. Джонсона [33], С. Кобаяши [127] и др. сделан вывод, что для нестационарных процессов свободного течения единственный способ получения надежного предсказания необходимой силы деформирования (за исключением МКЭ) является использование полей скоростей, подтвержденных экспериментальными данными совместно с методом верхней оценки и минимума энергии. При этом отмечена проблема учета и оценки упрочнения заготовки в процессе выдавливания и неоднозначности решений, получаемых как для упрочняемых, так и для не упрочняемых материалов при наличии контактного трения [105].
Процессы выдавливания с истечением металла в два канала по типу комбинированного обратного выдавливания втулок со ступенчатыми внешней и внутренней поверхностями остаются в настоящий момент мало изученными в сравнении с процессами обратного, прямого или радиального выдавливания, имеющими одну степень свободы металла. Также существенно ограничены решения, позволяющие однозначно определить высоты стенок получаемого изделия в частях большего (lb) и меньшего (lf) диаметров в зависимости от параметров процесса при комбинированном выдавливании из полой цилиндрической заготовки.
Для получения осесимметричного полуфабриката методами ХОШ наиболее распространенными являются схемы выдавливания, имеющие одну степень свободы течения металла из полости штампа. К ним относятся схемы прямого, обратного, дифференцированного выдавливания, выдавливания с активным действием сил контактного трения, выдавливания ступенчатым пуансоном и ряд других. Значительный вклад в развитие теоретических и практических основ процессов выдавливания внесли А.Э. Артэс [10], А.Л. Воронцов [18, 19, 35, 46, 37], У. Джонсон [33, 34], В.А. Головин [21, 23, 111], А.М. Дмитриев [43, 35, 36, 46], В.А. Евстратов [52, 53, 111], В.Л. Колмогоров [60, 105], Г.А. Навроцкий [112], А.Г. Овчинников [76], Е.А. Попов [103, 92], Е.И. Семенов [58], Г.Я. Гун [29], Л.Г. Степанский [101, 102], М.В. Сторожев [103], А.Д. Томленов [104], Л.А. Шофман [114], Х. Кудо [33, 129, 130], М. Куноги [131], Дж. Эверхарт [115] и др.
Схемы для получения осесимметричных деталей комбинированным выдавливанием с возможностью течения в двух направлениях рис. 3 являются менее изученными на данный момент, также как и схемы выдавливания с течением металла в осевом и радиальном направлениях [95, 14]. На рис. 3 представлены наиболее распространенные схемы комбинированного выдавливания из сплошных, группа I, и полых заготовок, группа II [51, 69].
Среди представленных схем комбинированного выдавливания наиболее изученными являются схемы группы I – выдавливания из сплошной заготовки. Схема двустороннего, прямого и обратного, выдавливания сдвоенных стаканов I-1 рассматривается в работах Л.Г. Степанского [101, 102], П.Д. Чудакова [113] и многих зарубежных авторов [146, 152, 137, 139, 140, 125]. Схема двустороннего, прямого и обратного, выдавливания стрежней I-2 рассмотрена в работах Х. Кудо [129, 130].
Обратное выдавливание стакана с одновременным прямым выдавливанием стержня было изучено в работах Л.Д. Оленина [79, 77], Ф.А. Комеля [62, 63], А.К. Евдокимова [49], А.Ю. Рыбина [97], Е.А. Абрамова [1], Н.В. Коробовой и Т.В. Денищева [32, 30] и ряда зарубежных авторов H. Kudo [129], H. Yamin [153], R. Velu [151], M. Li [134], J. Hussein и J. Jweeg [124], M.P. Srieber [147], W.L. Chan [117]. Схема I-4 выдавливания сдвоенного стакана в ступенчатой матрице рассмотрена в работах Ф.А. Комеля [61, 2]. Схемы I-5 и II-5 выдавливания стакана с внутренним сплошным или полым отростком соответственно, исследованы в работах А.Л. Воронцова [18], А.М. Дмитриева [46] и Е.А. Попова [92]. Рис. 3. Схемы комбинированного выдавливания Схемы выдавливания из полых заготовок, группа II изучены менее подробно и рассмотрены в работах следующих авторов: схема II-1 – В.А. Евстратова, В.А. Головина [111], схема II-3 – Х.Х. Мянда [74], А.М.Дмитриева, А.Л. Воронцова и Е.А. Абрамова [46, 37, 1], схема II-5 – В.М. Колесникова [59], А.М.Дмитриева [46, 37]. Общее решение для схем, представленных на рис. 3, было выполнено в работе [78] при рассмотрении квазистационарной стадии комбинированного выдавливания с истечением из трех коаксиальных каналов с приложением дополнительных технологических нагрузок.
Используя конструктивно-технологический подход к выбору схемы изготовления деталей типа втулка со ступенчатыми внешней и внутренней поверхностями, можно заключить, что наиболее рациональной является схема выдавливания из полой заготовки II-3. Данная схема позволяет получить максимальный КИМ при наименьшем количестве переходов штамповки. Схема I-4, как и I-3 потребует дополнительной пробивки дна (перемычки) и механической обработки внутренней поверхности. Схема II-4 подходит для получения более сложных изделий с несколькими ступенями внутренней поверхности и далее рассматриваться не будет. Таким образом, для получения втулок с внутренней и внешней ступенчатыми поверхностями из полой заготовки следует использовать способ выдавливания на основе схемы II-3.
Х. Кудо в работах [129, 130] рассмотрел несколько схем комбинированного выдавливания, в том числе для изготовления втулок со ступенчатыми внутренней и наружной поверхностями. Методом верхней оценки были получены зависимости удельной силы выдавливания и длин участков изделия от геометрических размеров инструмента для схемы I-3. Было установлено, и продемонстрировано, см. рис. 4, что удельная сила КВ на 30% ниже силы выдавливания с одной степенью свободы металла. Для схемы II-3 зависимости представлены не были. Отмечено, что при увеличении площади сечения одного из каналов штампа течение в этот канал становится интенсивнее. Аналитически полученные значения сравнивались с результатами, полученными экспериментально в опытах со свинцом, алюминием, медью и латунью. В работах [129, 130] сделан вывод, что комбинированное прямое и обратное выдавливание из длинной заготовки аналогично обычному обратному выдавливанию стакана и стержня.
Выбор факторов и уровней их варьирования
Выдавливание полых или сплошных металлических заготовок производят на механических прессах (автоматах) или гидравлических прессах соответствующих технологическим требованиям [55, 15]. Подбор технологического оборудования – это комплексная задача, для решения которой необходимо учесть множество факторов. К ним можно отнести: серийность производства, график изменения силы штамповки в зависимости от хода исполнительного органа, производительность, энергоэффективность, сложность изготовления штамповой оснастки, потребные габариты штампового пространства и др. [22].
Среди кузнечно-прессового оборудования, предназначенного для штамповки выдавливанием, следует выделить два основных типа машин: первый – это оборудование, работающее с использованием штучной заготовки, второй – это оборудование на котором ведется штамповка «от прутка» [58].
Стоит отметить, что использование кузнечных машин того или иного типа имеет свои особенности, в частности это относится к подготовке заготовок и их поверхностей. При холодном выдавливании на механических или гидравлических прессах деталей сложной формы имеется возможность предварительного нанесения покрытия (фосфатирования, анодирования и т. п.), смазочного материала, техмической обработки, а также промежуточного восстановления механических характеристик и смазочного слоя. При штамповке на автоматах выполнение подготовительных операций в полном объеме невозможно или затруднено. Кроме этого, при однопозиционной штамповке на быстроходных прессах и особенно на автоматах при каждом выталкивании из предыдущей матрицы и штамповке в последующей матрице в заготовке могут накапливаться поверхностные дефекты и неравномерность поперечных размеров по длине, что создает неравномерность изнашивания формоизменяющего инструмента [58, 120].
Подготовка заготовок для штамповки на одно или многопозиционных автоматах ведется в зависимости от сортамента и размеров материала: прутков длиной до 6 - 7 м или проволоки в бунтах массой до 900 - 1000 кг. Таким образом, процесс подготовки заготовок отличается при штамповке не из штучной, заранее отрезанной заготовки, а от прутка или проволоки, заготовки от которых отрезают и, при необходимости, осаживают в самом автомате. В результате этого термохимической обработке не подвергаются торцы отрезаемой заготовки, т.е. на них отсутствует подсмазочный (для стальной заготовки – фосфатный) слой и смазочный материал. Это вызывает налипание металла заготовки на инструмент, ухудшая условия его работы, что ведет к снижению стойкости инструмента, ухудшению качества штампуемых изделий [107, 120]. С целью снижения пагубного воздействия неподготовленных поверхностей торцев заготовок на инструмент в автоматах используют смазывающе-охлаждающие жидкости (СОЖ), обеспечивающие предотвращение контакта заготовки с инструментом, снижение давления при деформировании и улучшение температурного режима работы инструмента. Однако эффективность СОЖ, по сравнению со смазочным слоем, нанесенным заранее, существенно ниже. В случае использования полых заготовок, имеющих сквозное отверстие, при штамповке на автоматах, отделение и качественная подготовка всех поверхностей заготовки контактирующих с инструментом, сильно затруднена. Это может повлечь за собой не только появление дефектов в деталях, но и выход из строя или снижение стойкости системы пресс-штамп. Поэтому для реализации схемы комбинированного выдавливания из полых заготовок, следует использовать оборудование, работающее с применением штучной заготовки.
Среди серийно выпускаемых российскими и зарубежными предприятиями прессов для холодной и полугорячей объемной штамповки, использующих штучную заготовку, в основном представлены универсальные пресса.
ОАО «Тяжмехпресс» (г. Воронеж) выпускает механические пресса на основе коленно-рычажного механизма, предназначенные для крупносерийного и массового производства, серия К [85]. Модельный ряд прессов серии К представлен в соответствии с рядом нормальных сил от 2,5 до 13 МН. Быстроходность составляет от 25 – 40 до 18-32 ходов в минуту, соответственно увеличению силы. Пресса имеют относительно большое штамповое пространство с размерами в плане от 600х600 мм до 1200х1500 мм, высотой от 600 до 1000 мм и увеличенный ход ползуна от 250 до 600 мм в зависимости от модели. Оснащаются по требованию заказчика верхним и нижним выталкивателями.
ОАО "Завод Механических Прессов" (г. Барнаул) выпускает серию механических прессов на основе кривошипно-коленного механизма серии КБ силой от 2,5 МН до 25 МН [89]. Прессы имеют закрытую высоту от 300 до 850 мм, число ходов в минуту от 60 до 15 и ход ползуна от 120 до 360 мм, соответственно увеличению силы. Прессы предназначены для холодной объёмной штамповки стальных деталей (осадка, калибровка, объёмная и рельефная формовка, чеканка, холодное выдавливание и др.), имеют верхний и нижний выталкиватели.
ОАО «Тяжпрессмаш» (г. Рязань) выпускает широкую гамму оборудования, включающую в себя универсальные и специализированные гидравлические прессы и механические автоматы [86]. Среди выпускаемых гидравлических прессов преобладают прессы простого действия для горячей объемной штамповки силой от 12,5 МН и более, имеющие сравнимые с прессами серии К производства ОАО «Тяжмехпресс» величины рабочего пространства и хода ползуна.
Из зарубежных производителей универсального кузнечно-штамповочного оборудования стоит отметить компанию LASCO Umformtechnik GmbH, Германия, выпускающую гидравлические прессы серий KPF/KP/VP/VPA/VPE силой от 2,5 до 100 МН. Прессы простого действия имеют сварную или сборно-сварную станину, кованые цилиндры прямого действия и оснащены мощными средствами управления и дистанционной диагностики [83].
Schuler AG, Германия, производящего широкий спектр кузнечно-прессового оборудования, среди которого преобладают листоштамповочные машины [84]. Для холодного выдавливания используются прессы гидравлические серии SH силой до 16 МН. Применение таких прессов для выдавливания высоких изделий ограничено и затруднено размерами рабочего пространства. Так, например, для выдавливания детали типа стакан требуется пресс силой не более 2 МН, однако габариты штампа намного превышают размеры рабочего пространства пресса силой 2 МН. Следовательно, для размещения того же штампа требуется пресс, в несколько раз мощнее необходимого с точки зрения силовых параметров процесса.
Верификация разработанных моделей компьютерного
В качестве заготовок использовали цилиндры из деформируемого алюминиевого сплава типа АД1, обладающего невысоким пределом текучести и высокой пластичностью. Заготовки были изготовлены механической обработкой в виде втулок с наружным диаметром 2R0, внутренним 2r0 и высотой h0 согласно матрице плана эксперимента. Отрезка от прутка мерной заготовки производилась на универсальном отрезном станке с автоподачей Discotom 6 фирмы STRUERS методом абразивного мокрого резания. Использовали отрезной диск с наполнителем Al2O3 и связующим на бакелитовой основе [138]. Для обеспечения точности размеров в осевом направлении заготовок отрезка производилась с применением упора. Перпендикулярность реза обеспечивалась выбранной конфигурацией зажимных устройств и конструкцией станка. На токарном станке 16К20 по оси заготовок были просверлены отверстия диаметром 2r0 в соответствии с планом эксперимента. Мелкие заусенцы и неровности удалялись слесарной обработкой напильником.
Для поэтапного выдавливания были изготовлены составные заготовки с делительной сеткой. Для этого несколько полых цилиндрических заготовок были разрезаны вдоль оси методом абразивного мокрого резания на прецизионном отрезном станке Accutom-50 фирмы STRUERS. Использовали отрезной диск с наполнителем SiC и связующим на бакелитовой основе [138] с толщиной реза 0,5мм. Делительные сетки на поперечном сечении образцов наносили штангенрейсмасом, размер ячейки был принят 2х2 мм. Внешний вид заготовок до и после резки представлен на рис. 30.
Инструмент и поверхность заготовок перед выдавливанием смазывалась путем нанесения металлическим стержнем равномерного слоя смазочного материала. Данный способ позволил в достаточной точности для лабораторных исследований обеспечить постоянство наносимого смазочного слоя и равномерное его распределение.
Экспериментальное определение перемещения матрицы под действием сил контактного трения при комбинированном выдавливании
Для исследования перемещения матрицы в процессе комбинированного выдавливания при проведении физических экспериментов был применен метод оптического отслеживания перемещений инструментов с помощью системы VIC3D [82]. Система предназначена для регистрации полей перемещений и деформаций на поверхностях различной геометрии, конструктивных элементов деталей и изделий. Программное обеспечение системы VIC3D позволяет производить измерения методом корреляции цифровых изображений. Идея метода основана на максимизации коэффициента корреляции, который определяется интенсивностью массива рассматриваемых пикселов на 2-ух и более соответствующих изображениях и извлечением функции проекции деформаций на эти связанные изображения. Для нахождения максимума коэффициента корреляции могут быть использованы итеративные методы с использованием нелинейных оптимизационных техник [148]. Система состоит из двух цифровых фотокамер высокого разрешения 1, программно-аппаратной части сбора и анализа данных 2 и специального освещения 3. Для отслеживания перемещений жестких объектов, без измерения их деформации, применяли метод трэкинга маркеров, нанесенных на поверхность объектов, находящихся в «поле зрения» фотокамер. Для исключения воздействия вибраций и ошибок в измерениях фотокамеры располагали на неподвижном виброзащищенном штативе 4. Объективы фотокамер подобрали в зависимости от размеров объекта и фокусного расстояния. В эксперименте использовали монохромные цифровые камеры DCS2.0 разрешением 4.0 MPixel модели GRAS-50S5M-C производства Point Grey Research Inc. и объективы Xenoplan XNP 1.9/35-0901 фирмы Jos Schneider Optische Werke GmbH. Экспериментальная установка в сборе с системой корреляции цифровых изображений показана на рис. 31.
Фото экспериментальной установки в сборе с демонстрацией системы VIC 3D Процесс проведения эксперимента состоял из следующих этапов. 1. Установка фотокамер и освещения. Фокусировка и позиционирование в соответствии с размерами оснастки. Для упрощения дальнейшей обработки данных, камеры располагались таким образом, чтобы оптические оси камер были перпендикулярны оси инструмента, а ось Y координатной системы оптического измерения коллинеарна оси симметрии инструмента, см. рис. 32. 2. Калибровка оптической системы. Определение системы координат камер, разрешения мм/пиксель и погрешности оптического измерения. Для применяемых калибровочных сеток, фокусного расстояния и разрешения камер, погрешность составила от 0,025 до 0,05 мм. 3. Установка экспериментальной оснастки в сборе с заготовкой на испытательную машину. Предварительное нагружение для устранения зазоров и упругих деформаций. Рис. 32. Схема отслеживания маркеров в VIC 3D функцией «tracking» 4. Проведение выдавливания с заданной скоростью перемещения пуансона и одновременной съемкой. Частота кадров при съемке была выбрана 1 кадр/сек или 0,1 мм/кадр. 5. После выдавливания массив графических данных (фотографий) обрабатывали в программе VIC 3D. На поверхности каждого объекта в «0» положении задавали маркер, координаты которого отслеживали на графических полях, полученных с камер. Для рассматриваемой схемы выдавливания были назначены два маркера: на матрице и на пуансоне, обозначенные Die и Punch соответственно рис. 32. В результате обработки и анализа был получен массив данных в виде .csv файла, содержащего координаты каждого маркера (X, Y, Z), перемещения (U, V, W) соответственно и другие параметров от времени или хода траверсы испытательной машины. Дальнейшая обработка проводилась в программах математического анализа и обработки данных MathCAD 14 и Microsoft Excel 2007
Построение диаграммы рациональных размеров инструмента
Фотографии поэтапного выдавливания заготовок физических опытов S01E01-2, S01E02-2, и S01E03-2 показаны на рис. 53, а), б) и в) соответственно. Анализ высот стенок втулки в частях большего и меньшего диаметров (обратного и прямого течения металла соответственно) привел к следующим заключениям. При заданном сочетании относительных размеров инструмента в начале хода пуансона происходит течение металла преимущественно в обратном направлении, т.е. реализуется обратное выдавливание. При достижении толщины дна определенного значения, обозначим его как hдk, начинается течение металла в прямом и обратном направлении. Другими словами при достижении hд=hдk происходит уменьшение интенсивности b и рост интенсивности течения в прямом направлении f, что показано на рис. 54. За один ход пуансона интенсивности течения металла в прямом и обратном направлениях меняются при различных значениях R, r0, r2 и h0. Изменения интенсивностей течения сопровождаются плавными изменениями силы выдавливания q, см. рис. 55.
Искажения делительных сеток показывают, что форма очага (очагов) пластической деформации по ходу пуансона нестационарная: за ход пуансона в объеме заготовки может образовываться как единый ОПД, так и локализованные ОПД, разделенные жесткими зонами. При отношении г2/г0 1 в начале хода пуансона происходит только обратное выдавливание, рис. 53, в). На данном этапе форма ОПД соответствует форме ОПД обратного выдавливания ступенчатым пуансоном или выдавливания на оправке с одной степенью свободы течения металла. Искажения сеток после достижения hдk свидетельствуют о преимущественной локализации ОПД в зоне, соединяющей радиусы скругления рабочих кромок пуансона и контрпуансона, см. рис. 53, этапы 3-5. Форма локализованной зоны пластической деформации представляет собой поверхность усеченного конуса некоторой толщины с увеличивающимся по ходу пуансона углом при вершине.
Изменение толщины дна hдk зависит от сочетания таких параметров как r2ir0 b/ 7s m а также типа используемого инструмента (неподвижного, принудительно перемещаемого или плавающего). Зависимости толщины дна начала комбинированного выдавливания hдk будут получены ниже.
В целом, результаты анализа полученных экспериментальных данных имеют высокую корреляцию с выводами и предположениями в работах [1, 19, 51, 77].
Выполненные эксперименты поэтапного выдавливания позволили оценить эффективность использования расчетных компьютерных моделей эксперимента, созданных с применением программного комплекса DeFORM 2D. На рис. 55 представлено сравнение значений q=f(hд) полученных по результатам ФЭ и КЭ. Расхождение составляет 3-8% и находится в пределах указанной погрешности на всем ходе выдавливания. Превышение значений сил ФЭ обусловлено принятыми при компьютерном моделировании допущениями, такими как постоянство сил трения на контактных поверхностях и отсутствие упругих деформаций инструмента в процессе выдавливания. а)
При выполнении ФЭ наблюдалось явление роста силы выдавливании при затекании металла в зазоры между инструментами и как следствие увеличение сопротивления перемещению матрицы под действием активно направленных сил контактного трения. Причины образования зазоров, вызывающих затекание металла и «заклинивание» «плавающего» инструмента рассмотрены ниже, в разделе, посвященном дефектообразованию. Стоит отметить, что повышение силы выдавливания при заклинивании матрицы, вызванным затеканием металла в зазор между инструментами, позволяет сделать вывод, об эффективности применения «плавающей матрицы» и «плавающей оправки» для снижения рабочих давлений в полости штампа.
На рис. 56 - 57 соответственно представлено сравнение зависимостей lb=f(hд) и lf=f(hд) полученных при физическом эксперименте и компьютерном эксперименте для опытов № 1 - 3. Расхождение значений в пределах 3-16% вызвано, в том числе причинами расхождения значений силы выдавливания, особенно влиянием трения и беспрепятственного движения инструмента. Ошибка КЭ увеличивается с увеличением толщин стенок втулки, что было отмечено также в процессе отработки применения программного комплекса.
Обобщая результаты поэтапного выдавливания можно заключить следующее: 1. Процесс изготовления втулок со ступенчатыми поверхностями комбинированным выдавливанием из полой заготовки имеет значительную кинематическую неопределенность течения металла в каналы штампа. Влияние на стабильность процесса оказывают условия трения, тип применяемого инструмента, геометрические размеры инструмента и заготовки, а также механические характеристики материала заготовки, влияющие на сопротивление деформированию в зонах обратного и прямого выдавливания. 2. Изменение очага пластической деформации в процессе выдавливания характеризуется наличием экстремумов и/или точек перегиба графиков силы выдавливания и роста стенки в прямом направлении. Это позволило провести в дальнейшем схематизацию ОПД и, используя известные аналитические решения, определить характерные точки, разделяющие этапы процесса выдавливания. В зависимости от соотношения геометрических размеров и начальной высоты заготовки можно выделить три этапа процесса: 1) заполнение полости штампа, формирование очага пластической деформации в зоне обратного выдавливания; 2) устойчивое обратное выдавливание на оправке, развитие ОПД, формирование разрывных полей скоростей и образование застойных зон; 3) комбинированное выдавливание на оправке, изменение ОПД с образованием общего очага, развитие и изменение поверхностей разрыва скоростей течения.