Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса 10
1.1. Исследование процессов прямого, обратного и комбинированного выдавливания
1.2. Кривые упрочнения и способы их построения 17
1.3. Исследование процесса равноканального углового выдавливания (РКУВ) 30
1.4. Математическое моделирование процессов выдавливания 44
1.5. Цель и задачи работы -^
Глава 2. Исследование кривой упрочнения при больших деформациях 54
2.1. Методика построения кривой упрочнения при больших величинах деформации по результатам испытаний материала РКУВ и осадкой 54
2.1.1. Материал, оборудование и аппаратура для проведения экспериментов по РКУВ 54
2.1.2. Обработка результатов эксперимента для определения накопленной деформации по методу координатной сетки 57
2.2. Обработка результатов экспериментов и построение кривых упрочнения 61
2.2.1. Результаты экспериментов и кривые упрочнения сплавов АД1 и АМц, построенные по результатам осадки цилиндрических образцов 61
2.2.2. Результаты экспериментов и кривая упрочнения стали 10, построенная по результатам осадки цилиндрических образцов 63
2.3. Выбор вида аппроксимации экспериментальных кривых упрочнения 66
2.4. Исследование трения при холодной деформации стали 10
и алюминиевых сплавов АД1, АМц 73
2.5. Влияние трения на величину накопленной деформации при РКУВ 81
2.6. Исследование макро- и микроструктуры образцов из алюминиевого сплава АД1 после РКУВ
2.7. Анализ полученных результатов 84
Глава 3. Численное моделирование процесса равноканального углового выдавливания 87
ЗЛ. Гипотезы, основные допущения, принятые при моделировании РКУВ 87
3.2. Выбор аппроксимации кривой упрочнения при численном моделировании 89
3.3. Исследование влияния размеров исходного образца на течение металла при РКУВ 98
3.4. Исследование влияния геометрии канала инструмента на течение металла при РКУВ 106
3.4.1. Влияние внутреннего радиуса 106
3.4.2. Влияние наружного радиуса (угла) 107
Глава 4. Использование результатов исследований при решении практической задачи обработки металлов давлением 110
4.1. Действующий технологический процесс изготовления детали «Корпус» 110
4.2. Гипотезы, основные допущения, принятые при моделировании комбинированного выдавливания 114
4.3. Влияние способа задания кривой упрочнения на точность определения технологического усилия при конечно-элементном моделировании 115
4.4. Усовершенствование технологического процесса холодной объемной штамповки детали «Корпус» 126
Основные результаты и выводы 129
Список использованной литературы
- Кривые упрочнения и способы их построения
- Материал, оборудование и аппаратура для проведения экспериментов по РКУВ
- Выбор аппроксимации кривой упрочнения при численном моделировании
- Гипотезы, основные допущения, принятые при моделировании комбинированного выдавливания
Введение к работе
Повышение точности и качества заготовок - одна из основных задач современной технологии машиностроения. Наиболее полно эта задача реализуется при использовании процессов, базирующихся на холодной пластической деформации. К числу таких процессов относятся процессы холодной объемной штамповки (осадка, прямое, обратное, комбинированное выдавливание, прошивка и т.д,).
При холодной объёмной штамповке (ХОШ) достигается: деформационное упрочение, отсутствие надрезов, направленность волокон вдоль конфигурации штампованной заготовки, улучшение микрогеометрии (по сравнению с обработкой резанием, литьём и горячей штамповкой), увеличение коэффициента использования металла (по сравнению с литьём и горячей штамповкой-на 30% и более, по сравнению с обработкой резанием - в 2-3 раза). В среднем коэффициент использования металла составляет - 0,9-0,93. Значительно снижаются трудоёмкость и станкоёмкость. Процессы характеризуются высоким уровнем механизации и автоматизации, значительно опережая процессы литья и горячей штамповки. Применение многопозиционных штамповочных автоматов, а также установка на прессы многопозиционных штампов-автоматов обеспечивает повышение производительности в 5-10 раз и более по сравнению с современными автоматами для обработки резанием эквивалентных деталей. При холодной деформации металлов и сплавов возможно получение мелкозернистой структуры по сравнению с их структурой до деформации.
Холодная объёмная штамповка обладает и рядом недостатков. Главным из которых является высокое сопротивление пластической деформации и пониженная пластичность большинства металлов при комнатной температуре. Высокое сопротивление пластической деформации, а следовательно и низкая пластичность, связаны с деформационным упрочнением.
За время деформирования при комнатной температуре упрочнение в материале происходит полностью. При этом считается, что процессы разупрочне-
6 ния (возврат, рекристаллизация) не происходят. Традиционно считается, что в условиях холодной деформации сопротивление деформации зависит только от величины накопленной деформации и может быть описано как функция одной переменной, а именно величины накопленной деформации. Графическое представление этой зависимости называется кривой упрочнения.
Все энергосиловые параметры любого процесса холодной объемной штамповки определяются расчетным способом с точностью до величины сопротивления деформации. Точность расчетов зависит от достоверности определения сопротивления деформации. Расчеты обычно выполняют на основе одной из принятых в теории пластичности моделей деформированного твердого тела. Существующие математические модели сопротивления материалов пластической деформации при комнатной температуре хорошо исследованы до значений деформации 1-1.5, что связано с ограничениями и недостатками существующих стандартных методов построения кривых упрочнения. Для больших значений накопленной деформации данные для напряжения течения отсутствуют или имеют не систематизированный характер.
Одним из распространенных процессов холодной объёмной штамповки является комбинированное выдавливание. Данный процесс может быть успешно применён для изготовления изделий типа «стакан» с различным профилем как внутренней, так и наружной поверхностей. В частности, холодным комбинированным выдавливанием можно получать деталь «Корпус», применяемую в нефтедобывающей промышленности.
Как известно деталь «Корпус» изготавливают либо резанием на металлообрабатывающих станках, либо холодной объемной штамповкой. Недостатками первого способа изготовления является следующее:
низкий коэффициент использования металла;
высокая трудоемкость осуществления технологических операций;
низкая точность получаемых деталей;
низкие механические характеристики получаемых деталей.
Недостатками второго способа изготовления является:
большое количество операций штамповки, т.е. высокая трудоемкость осуществления технологического процесса;
низкая стойкость штампового инструмента на отдельных операция штамповки.
В настоящее работе поставлена задача разработки технологии получения детали «Корпус», основанной, также как и в существующей технологии, на процессе комбинированного выдавливания. Предлагаемая технология должна устранить недостатки, присущие обоим способам изготовления данной детали. Решение этой задачи требует создания надежной математической модели, описывающих поведение металла в условиях холодной деформации и как можно более точно отвечающих реальной картине.
Основной проблемой анализа операций холодной объёмной штамповки является определение технологического усилия деформирования в зависимости от вида напряжённо - деформированного состояния, значения деформации, формы профиля рабочего инструмента, условий на контакте заготовки с инструментом, а также изучение напряжённого состояния.
При рассмотрении этих вопросов необходимо учитывать поведение материала при текущих условиях деформирования, т.е. использовать какую-либо модель сопротивления деформации.
Известно, что в реальных процессах ОМД величина накопленной деформации в отдельных элементах очага деформации может превышать значение Єк=1-1,5. Применение при теоретическом анализе таких процессов моделей сопротивления деформации, разработанных для условий нагружения до деформации Єк, приводит к ошибкам в расчете технологических параметров процесса (усилия, стойкости инструмента и пр.).
Создание новой технологии холодной объёмной штамповки или усовершенствование существующей требует подробного изучения поведения материалов в рассматриваемых условиях деформирования. Это, в свою очередь, по-
зволит создать надежную математическую модель определения, как сопротивления деформации, так и технологических параметров процесса, а также повысить надежность технологии ХОШ и качество получаемых изделий.
Поэтому в качестве одной из задач работы является создание надёжной методики построения кривой упрочнения при больших величинах деформации.
Таким образом, целью диссертации является совершенствование технологии холодного выдавливания на основе математической модели определения напряжения текучести материала при большой пластической деформации.
Научная новизна работы заключается в разработке и обосновании методики построения кривых упрочнения при больших величинах деформации по результатам испытания материала равноканальным угловым выдавливанием (РКУВ) и осадкой, а также математической модели определения сопротивления материала большой пластической деформации при комнатной температуре.
Практическая ценность работы состоит в методике определения деформирующих усилий операций холодной объёмной штамповки, в частности комбинированного выдавливания; создании деталей повышенной надёжности и технологии их изготовления. Помимо этого получены рекомендации по выбору оптимальных условий проведения процесса РКУВ.
В первой главе дан обзор литературных источников, связанных с изучаемыми вопросами: способы построения кривых упрочнения и идеализация деформируемого тела при холодной деформации; исследование процессов прямого, обратного, комбинированного выдавливания и равноканального углового выдавливания; существующие подходы к моделированию процессов холодного выдавливания. В заключение обзора сформулированы неисследованные или требующие уточнения проблемы, цель и задачи настоящей работы.
Во второй главе приведена методика и результаты исследования сопротивления деформации металлов при комнатной температуре. Предложена, обоснована и реализована новая методика построения кривых упрочнения по результатам комбинированных испытаний металла равноканальным угловым
результатам комбинированных испытаний металла равноканальным угловым выдавливанием и осадкой. При обработке результатов экспериментов был использован аппарат математической статистики. Экспериментально обоснован выбор математической модели, описывающей поведение холодно деформированного металла при больших деформациях. Проведён экспериментальный анализ трения при холодной деформации алюминиевых сплавов АД1 и АМЦ и углеродистой стали 10. На основе проведенных исследований уточнены контактные условия при деформировании указанных выше материалов.
В третьей главе на основе полученных результатов теоретических и экспериментальных исследований проведено численное решение задачи о равно-канальном угловом выдавливании (РКУВ). На основе результатов численного моделирования получены рекомендации по выбору размеров исходной заготовки для проведения равноканального углового выдавливания.
В четвёртой главе показана возможность использования результатов экспериментальных исследований при решении практической задачи обработки металлов давлением о комбинированном выдавливании изделия типа "стакан" в конечно-элементной системе QFORM. Результаты численного моделирования технологического процесса данной детали позволили внести изменения в существующую технологию, влияющие как на качество получаемых изделий, так и на надежность самого процесса.
Работа выполнена на кафедре и в лаборатории "Кузовостроение и обработка давлением" МГТУ МАМИ.
Кривые упрочнения и способы их построения
Кривые упрочнения представляют собой зависимость величины напряжения, действующего в пластически деформируемом теле при линейном напряжённом состоянии, от величины накопленной деформации.
Так как напряжения, вызывающие пластическую деформацию, зависят от многих факторов, в том числе от температурно-скоростных условий деформирования, то кривые упрочнения для каждого металла и сплава следует устанавливать применительно к конкретным температурно-скоростным условиям деформирования.
Обычно для получения кривой упрочнения используется один из следующих трех видов испытаний; испытание на одноосное растяжение, испытание на кручение, испытание на сжатие. Рассмотрим способы построения кривых упрочнения.
1. Растяжение цилиндрических образцов
Для построения кривой упрочнения необходимо получить индикаторную диаграмму в координатах усилие-удлинение. Далее производится расчет напряжений и деформаций по соответствующим значениям усилий и перемещений. В зависимости от выбранной меры деформации различают пять видов кривых упрочнения [20,63]. 1) Кривая упрочнения первого вида строится в координатах относительное условное удлинение 5 - истинное напряжение а. 2) Кривая упрочнения второго вида - относительное сужение у - истинное напряжение а. 3) Кривая упрочнения третьего вида - аддитивная деформация р - истинное напряжение а. 4) Кривая упрочнения четвертого вида - максимальный сдвиг умакс - максимальное касательное напряжение тмакс. 5) Кривая упрочнения пятого вида - октаэдрический сдвиг у0 - октаэдр иче-ское касательное напряжение То.
Особенностью одноосного растяжения является наличие двух этапов формоизменения. В течение первого этапа происходит равномерное удлинение всего образца, то есть деформация распределена по всей длине. При этом реализуется линейное напряженное состояние: а, = Ои S\ — Еь где 0\ и Є; - напряжение и деформация при растяжение. В течение второго этапа удлиняется только незначительная часть образца, происходит локализация деформации - появляется шейка. Напряженное состояние в шейке - объемное. В этом случае текущее значение напряжения нельзя определять как і=, (1.4) где О; - текущее значение напряжения; Р; - текущее значение усилия деформирования; F; - текущая площадь поперечного сечения образца.
Для учета изменения напряженного состояния в шейке может быть использован поправочный коэффициент П.Бриджмена [8] к = 7 -т 7v (1-5) In 1 + 1 + 4R\ Л d 4R J I d или поправочный коэффициент Н.Н.Давиденкова и Н.И.Спиридоновой [23] к = —Ц-. (1-6) 1 + А 8R где d - диаметр образца в шейке; R - радиус кривизны контура шейки. Можно так же отметить, что Э.Зибель [26] получил аналогичное формуле (1.6) выражение для поправочного коэффициента. Таким образом, напряжение течения на втором этапе формоизменения определяется следующим образом: o- Cik, (1.7) где а; - растягивающее напряжение.
Существует несколько методик построения кривых упрочнения на растяжение. Остановимся на некоторых из них.
1. Построение участка кривой упрочнения после начала сосредоточенно го сужения по величине напряжения при разрыве.
Из экспериментов на растяжение получают индикаторную диаграмму. Определяют по ней момент начала образования шейки (усилие и соответствующий ему диаметр образца) и момент разрушения образца (усилие разрыва и минимальный диаметр образца). Далее производится расчет напряжений и соответствующих им значений деформации [20]. На участке до начала сосредоточенного сужения (до начала образования шейки) кривая упрочнения строится в соответствии с рассчитанными по индикаторной диаграмме напряжениями и деформациями. После начала сосредоточенного сужения кривая упрочнения строится по двум точкам, соответствующим началу образования шейки и разрушению образца. Эти две точки соединяются плавной кривой.
Полученную таким образом кривую упрочнения можно назвать условной, так как она не учитывает упрочнение формы в шейке на участке сосредоточенного сужения. Поэтому, данная методика может быть использована только при ориентировочных расчетах,
2. Построение участка кривой упрочнения после начала сосредоточенно го сужения по величине напряжения при разрыве, с последующим исправлени ем, учитывающим упрочнение формы. Кривая упрочнения строится аналогично методике 1, но с учетом поправочного коэффициента (1.5) или (1.6) для участка сосредоточенного сужения. Напряжения на этом участке определяются по формуле (1.7).
Построение всей кривой упрочнения на основе непосредственного замера диаметра дает более точные результаты, чем смешанное построение, реализованное в методиках 1 и 2.
3. Метод накатанных сеток. На образец наносится краской прямоугольная сетка (используется типографский способ нанесения сетки). По искажениям ячеек сетки при растяжении образца вычисляются напряжения и деформации [61], что позволяет построить достаточно точно, по сравнению с методиками 1 и 2, кривую упрочнения. Недостатком данной методики является, по мнению Губкина СИ. невозможность исследовать деформацию в любом месте образца.
Материал, оборудование и аппаратура для проведения экспериментов по РКУВ
Алюминиевые сплавы - наиболее подходящий для холодного выдавливания материал, их можно разделить на два класса: термически неупрочняемые и термически упрочняемые сплавы, различающиеся механической прочностью и способами упрочнения [45,69]. В первом случае, повышение служебных свойств этих сплавов осуществляют только за счёт деформационного упрочнения при холодном деформировании. К этой категории относятся алюминий повышенной чистоты, содержащий 99,99% алюминия, а также технически чистый алюминий, содержащий 99,25% алюминия, остальное - примеси железа и кремния. Из-за того, что алюминий повышенной чистоты дорог, и прочность его невысокая, в промышленности чаще всего применяют технический алюминий (99,5%) и алюминий чистотой 99,7%.
В случае если требуются изделия с несколько повышенными механическими характеристиками, используют термически неупрочняемые сплавы, повышение прочности которых достигается за счёт образования структуры твёрдого раствора. Основными легирующими добавками в этих сплавах являются марганец и магний. Эти сплавы рекомендуется применять для деталей с резьбовыми отверстиями и раструбами, которые при эксплуатации испытывают значительные скручивающие нагрузки. Упрочнение, полученное в результате деформирования этих сплавов, снимается отжигом при температуре около 375 С.
Термически упрочняемые сплавы обладают более высоким сопротивлением деформированию, поэтому они применяются только в случаях, когда прочность имеет существенное значение.
Учитывая вышесказанное, при проведении экспериментальных исследований будем использовать образцы, изготовленные из алюминиевых сплавов АД1 и АМц. Эти сплавы относятся к первому классу, описанному ранее.
Для достижения больших величин пластической деформации (БПД) предлагается использовать метод многократного равноканального углового выдавливания (РКУВ). Создав в материале БПД, кривую упрочнения исследуемого материала можно построить по результатам испытаний, например сжатием.
Выдавливание образцов осуществляли без перемены знака деформации, т.е. в соответствии с программой нагружения А (см. рис. 1.5). Количество этапов выдавливания одного и того же образца зависит от требуемой величины накопленной деформации. Для проведения экспериментов по РКУВ был изготовлен специальный штамп (рис.2.1). Штамп состоит из сменных вставок 1 и 2, которые в собранном состоянии формируют рабочий канал L -образной формы, пятки 3 с радиусом закругления 29 мм, бандажей 4 и 5. Рабочий канал матрицы имеет прямоугольное поперечное сечение размером 20,5x20 мм. При этом внутренний Ф и внешний Р углы канала одинаковые и равны 90. Расположение углов в канале показано на рис. 1.3.
Деформацию заготовок проводили на гидравлическом пресс EU-100 с номинальным усилием 1МН (100 тс) и скоростью перемещения траверсы на рабочем ходе - 1мм/с.
Для определения накопленной деформации за один этап выдавливания был использован метод координатной сетки.
Из прутка алюминиевого сплав АД 1 (пруток ГОСТ 21488-97) были из # готовлены образцы прямоугольного сечения, соответствующие размеру по перечного сечения рабочего канала матрицы. Причем, образцы изготавлива лись двух видов - цельные и разрезные. В обоих случаях, образцы имели следующие размеры: длина L=60,0 ± 0,5мм; размер поперечного сечения 20х20,5±О,1 мм. Цельные образцы использовали для экспериментальной про верки методики построения кривой упрочнения при больших деформациях.
Для проведения исследований по методу координатной сетки исполь зовали разрезные образцы. При этом каждый из образцов разрезали вдоль продольной оси и на плоскость разреза наносили координатную сетку с раз мером ячеек 2x2 ± 0,01 мм.
Далее половинки разрезного образца составляли вместе и подвергали РКУВ в штампе. Усилие выдавливания на стационарной стадии процесса РКУВ составило 42 кН.
На рис.2.2 представлен полученный после одного этапа выдавливания образец с деформированной координатной сеткой. Результаты эксперимента показывают наличие неоднородности на концевых участках образца. В центральной части распределение деформации практически однородно, за исключением тонких слоев вблизи поверхности образца; поперечное сечение образца после РКУВ не меняется. Изменение размеров ячеек фиксировали при помощи инструментального микроскопа БМИ с ценой деления 0,01мм
Выбор аппроксимации кривой упрочнения при численном моделировании
Произведем оценку точности расчета напряжения течения и, соответственно, усилия деформирования при численном моделировании в системе QFORM-2D, используя при этом для задания кривой упрочнения: 1) экспериментальную кривую, полученную по результатам испытаний сплавов АМц и АД1 сжатием до деформации ЄІ 1; 2) аппроксимацию экспериментальной кривой сплава АМц и АД1 степенной функцией вида (2.6); 3) аппроксимацию экспериментальной кривой сплава АМц и АД1 экспоненциальной функцией вида (2.7).
Размеры исходного образца для моделирования соответствовали размерам экспериментального образца для РКУВ, а именно 20x20x60 мм. Геометрия канала на расчетной схеме для конечно-элементного (КЭ) моделирования соответствовала геометрии экспериментальной оснастки, представленной в главе 2. Расчетная схема процесса представлена на рис. 3.1.
Моделирование проводили для одного цикла РКУВ. Перед моделированием на КЭ модели образца создали сетку с квадратными ячейками. Размер ячеек соответствовал размеру ячеек координатной сетки на экспериментальных образцах, описанных в главе 2. Параметры напряженно - деформированного состояния определяли в точках сечений а-а, b-b, с-с, показанных на рис. 3.2. Нумерация трассируемых точек производилась вдоль каждого из выделенных сечений. В каждом сечении введено по 11 точек (см.рис.3.3а). Первая точка сечения а-а имеет номер 1, последняя точка - номер 11; первая точка сечения b-b - номер 12, последняя точка - 22; первая точка сечения с-с - 23, последняя точка - 33. 10 80 80
Сравнение образцов: а) КЭ моделирование - сплав АМц; б) эксперимент; в) экспериментальный образец с координатной сеткой На рис. 3.3. приводится сравнение формы образца из сплава АМц, полученного после моделирования и эксперимента. В обоих случаях получено хорошее совпадение между результатами моделирования и опытными данными. Для сплава АД1 получены подобные результаты.
На рис. 3.4. показана история нагружения для точек 1, 5, 9, 11 (сечение а-а), 12, 16, 20, 22 (сечение b-b), 23, 27, 31, 33 (сечение с-с) образца из сплава АМц при моделировании в системе QFORM-2D. Указанные сечения расположены от торца образца по длине на расстоянии 27 мм, 29 мм и 31 мм, соответственно. На рис. 3.5. приводится распределение накопленной деформации по высоте сечения образца. На рис. 3.6. представлены графики изменения напряжения текучести по времени в точках 12, 16, 20, 22 (сечение b-b) для трех вышеописанных способов задания кривой упрочнения. На рис. 3.7. представлены соответствующие им графики зависимости усилия деформирования от продолжительности процесса.
Анализ полученных зависимостей позволяет сделать следующие выводы. Накопленная деформация распределяется неравномерно по высоте сечения образца (рис. 3.5). Аналогичные результаты были получены при исследовании накопленной деформации методом координатных сеток (см. главу 2). В то же время формула Сегала (1.26) и формула Y.Iwahashi (1.27) оценивают среднее значение величины накопленной деформации. Способ задания кривой упрочнения не влияет на распределение накопленной деформации. Величина последней полностью может быть определена геометрией канала инструмента и контактными условиями.
Способ задания кривой упрочнения оказывает влияние на распределение напряжений текучести (рис. 3.6). При расчете процессов ОМД, в которых величина накопленной деформации ни в одной точке деформируемого объема не превышает 1-1,5, для описания упрочнения может быть выбрана любая из зависимостей вида (2.6) и (2.7). Экспериментальная кривая упрочнения в этом случае может быть получена по результатам механических испытаний на растяжение, сжатие или кручение. Для численного моделирования, Для численного моделирования, например в системе QFORM-2D может быть задана либо сама экспериментальная кривая, либо ее аппроксимация в соответствии с уравнением (2.6) или (2.7),
В случае если в очаге деформации Є; 1,5, то следует использовать в расчетах процессов ОМД уравнение (2.6) для описания напряжения текучести. Как следует из рис. 3.6а, распространение экспериментальной кривой упрочнения, полученной по результатам сжатия или растяжения до деформации 1-1.5, до больших величин пластической деформации приводит к тому, что напряжение текучести достигает предельного значения раньше, чем в реальном процессе. Так, в точке 22 насыщение по напряжению произошло через 31с после начала процесса деформирования (рис. 3.6а). В тоже время, при использовании для аппроксимации экспериментальной кривой упрочнения в соответствии с уравнением (2.7), напряжение текучести достигает предела в точке 22 через 45 с после начала процесса деформирования (рис. 3.6а).
Применение в расчетах процессов ОМД уравнения (2.6) приводит к завышению не только значения напряжения текучести (рис. 3.66), но и усилия деформирования (рис. 3.7). Расчетные значения усилия деформирования в конечный момент формоизменения приведены в таблице 3.1. Усилие деформирования в конце хода испытательной машины составило 0,04 МН,
Гипотезы, основные допущения, принятые при моделировании комбинированного выдавливания
1. Примем гипотезу о единой кривой упрочнения. Будем считать, что существует такая единая кривая упрочнения, которая зависит только от тем-пературно-скоростных условий нагружения и не зависит от вида напряженно-деформированного состояния.
2. Предполагаем, что пластически деформируемое тело несжимаемое, т.е. его объем остается постоянным. Величина упругих деформаций мала, и ими можно пренебречь.
3. В общем случае, любая задача обработки металлов давлением в системе QFORM решается на основе теории течения. При этом применяется модель вязкопластического тела с нелинейным упрочнением. В частном случае, если не учитывать влияние скорости деформации на течение металла и тепловой эффект пластической деформации, то модель деформируемого металла преобразуется в модель жесткопластического тела с нелинейным упрочнением. Деформирование образца проводится при комнатной температуре.
4. Деформация образца - осесимметричная. Поэтому при моделировании можно рассмотреть половину заготовки, лежащую в меридиональной плоскости. Учет контактного трения в системе QFORM выполняется на основе модели Леванова [36].
Основными исходными данными для моделирования комбинированного выдавливания в системе QFORM-2D являются: - кривая упрочнения для материала заготовки (сталь 10); - физические свойства материала заготовки: плотность, температура плавления, теплопроводность и теплоемкость; - температура нагрева заготовки - 20С; - температура нагрева инструмента - 20С; - температура окружающей среды - 20С; - фактор трения - 0,3; - коэффициент теплопередачи смазки - 4500 Вт/(м2хК); - тип технологического оборудования - механический пресс;
Кривая упрочнения при подготовке исходных данных для моделирования задается в табличной форме и соответствует одному из следующих случаев: 1) экспериментальной кривой (см. рис. 2.12); 2) аппроксимации экспоненциальной функцией (см. уравнение (2.7)).
В первом случае кривая упрочнения задается до значения накопленной деформации Є; = 0,94. Во втором случае аппроксимация задается до значения ЄІ = 12. В обоих случаях тепловой эффект пластической деформации не учитывается.
Произведем оценку точности расчета напряжения течения и, соответственно, усилия деформирования при численном моделировании в системе QFORM-2D при моделировании процесса комбинированного выдавливания детали (см. рис. 4.1).
Размеры исходной заготовки для моделирования соответствовали размерам экспериментальной заготовки для выдавливания детали «Корпус» (см раздел 4.1).
Моделирование в системе QFORM проводили для всей технологиче ф ской цепочки, за исключением операции отрезки. Расчетная схема процесса для моделирования представлена на рис. 4.3.
Перед моделированием на КЭ модели заготовки создали сетку с квадратными ячейками. Параметры напряженно-деформированного состояния определяли в точках сечения «а-а», показанного на рис. 4.4,
На рис. 4.5 приводится сравнение формы и макроструктуры образца после моделирования и эксперимента. Рассматриваемый образец соответст вует последнему переходу штамповки. В обоих случаях получено хорошее совпадение между результатами моделирования и опытными данными.
На рис. 4.6 представлены графики изменения напряжения текучести по времени в точках 1, 5,10 (сечение «а-а») для разных способов задания кривой упрочнения при моделировании (см. раздел 4.2). На рис. 4.7 представлено распределение накопленной деформации в исследуемых точках сечения «а-а» (см. рис. 4.2).
На рис. 4.8 представлены графики зависимости усилия деформирования от времени протекания процесса для рассматриваемых случаев.
Расчетные значения усилий деформирования в конечный момент формоизменения приведены в таблице 4.1. Усилие деформирования в конце окончательного формоизменения составило 1,50 МН.
