– поступательная скорость движения деформирующего инструмента мм/мин;

– коэффициент трения между инструментом и заготовкой 0,1 и 0,4;

– скорость деформации составляла ≈ 0,005–0,02 с-1;

– значение кинематического параметра (для осадки с кручением) принималось 1 и 4.

С помощью программного комплекса Deform 3D осуществлялся отдельный расчет для каждого типа заготовок, коэффициента трения и кинематического параметра (для осадки с кручением).

В результате моделирования процесса осадки при поэтапной деформации, включающей 106 шагов, с использованием программного комплекса Deform 3D получены:

– картина напряженно-деформированного состояния в виде цветовых изображений распределения напряжений и деформаций по объему заготовки;

– графические зависимости силы деформирования от хода инструмента;

– картина распределения нормальных напряжений в виде цветовых изображений на торцовой поверхности образцов.

Напряженно-деформированное состояние высоких и низких образцов, осаженных с разной степенью деформации в различных условиях деформирования (без кручения и с кручением), оценивалось с помощью показателей ( и – максимальное и минимальное значения степени деформации) и ( и – максимальное и минимальное значения напряжения).

На основе сопоставления картин распределения деформаций (рис. 3) и напряжений (рис. 4) в меридиональных сечениях высоких и низких образцов при осадке без кручения и с кручением выявлено, что при осадке с кручением напряжения и деформация распределены более равномерно:

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

– при осадке высоких образцов с кручением ( и об/мин) по сравнению с осадкой без кручения показатель снижается в 1,5; 1,54 и 1,22 раза у сплава АД1, АМц и АМг3 соответственно;

– с увеличением временного сопротивления образцов от 60 МПа (АД1) до 175 МПа (АМг3) показатель возрастает несущественно;

Рис. 3. Зависимости Кe(e) при осадке образцов из сплава АД1 без кручения (а) и с кручением при i = 1 (б) высоких образцов: 1 и 2 – m = 0,1 и 0,4.

Рис. 4. Зависимости Кs(s) при осадке образцов из сплава АД1 без кручения (а) и с кручением при i = 1 (б) высоких образцов: 1 и 2 – m = 0,1 и 0,4.

Рис. 5. Зависимость P (hп) при осадке образцов из сплава АД1 без кручения (1, 2) и с кручением при i=1 (3, 4) низких (а) и высоких (б) образцов.

– зависимость немонотонна для обоих видов осадки (без кручения и с кручением), однако при при осадке без кручения она непрерывно возрастает, а при осадке с кручением сначала возрастает (до %), а затем снижается, что должно сопровождаться выравниванием механических свойств по объему деформированного тела.

Анализ напряженно-деформированного состояния образцов показал, что комбинированное нагружение является радикальным способом повышения равномерности деформации и напряжений за счет снижения контактных сил трения и интенсификации сдвиговых деформаций.

Можно предположить, что интенсификация сдвиговых деформаций при комбинированном нагружении происходит как за счет развития сдвигов по плоскостям действия максимальных касательных напряжений , так и за счет включения в процесс деформирования дополнительных систем скольжения, свойственных данному типу кристаллической решетки.

Посредством компьютерного моделирования получены зависимости осевой силы от хода пуансона , который составляет 7 мм (%), для различных условий деформирования (рис. 5).

Проведено сравнение значений силовых параметров, полученных с помощью моделирования с силовыми параметрами, рассчитанными по известным формулам Зибеля – Губкина и при осадке без кручения. Оценку силы деформирования при осадке с кручением (комбинированное нагружение) проводили по приближенной формуле и *)

Эффект снижения силы деформирования при осадке с кручением оценивался показателем , где и – силы осадки без кручения и с кручением.

На основе анализа обобщенных данных (по результатам моделирования) по силовому режиму осадки в различных условиях деформирования по всем трем материалам, применявшихся при моделировании, можно сделать следующее заключение:

– наибольший эффект снижения силы деформирования достигается при осадке с кручением низких образцов при и скорости вращения инструмента об/мин (): из алюминия – в 3,5 раза, из сплава АМЦ – в 2,7 раза и из сплава АМг3 – в 3,6 раза;

– при осадке с кручением как низких, так и высоких образцов с увеличением коэффициента трения от 0,1 до 0,4 эффект снижения силы деформирования () существенно возрастает для всех трех материалов;

– с увеличением от 1 до 4 об/мин (т. е. с уменьшением от 4 до 1) эффект снижения силы деформирования возрастает.

 

*) , Михаленко аналитический метод оценки силы деформирования при осадке цилиндрических образцов с кручением // КПП. ОМД. 2007. № 9. С. 7 – 15.

На рис. 6 приведены эпюры распределения нормальных напряжений при осадке низких образцов с кручением и без кручения при разных значениях кинематического параметра . Эпюры построены на основе силовых графиков (см. рис. 5).

Рис. 6. Эпюры нормальных напряжений при осадке низких образцов из сплавов АД1 (а) и АМг3 (б) при e =70 %, m =0,4: 1 – без кручения; 2 и 3 – с кручением при i = 4 и 1 соответственно.

Из рис. 6 следует, что по сравнению с осадкой без кручения при осадке с кручением низких образцов при и (об/мин) в центре осаженного диска у всех трех материалов снижается примерно в 3 раза, а при ( об/мин) – в 4,5 раза у сплавов АД1, АМг3 и в 4,7 раза у сплава АМц.

При осадке без кручения при с увеличением от 60 МПа (АД1) до 175 МПа (АМг3) напряжение в центре осаженного диска возрастает от 968 до 1360 МПа, т. е. в 1,4 раза, что необходимо учитывать при разработке новых технологических процессов ХОШ.

Таким образом, «наложение» кручения на процесс осадки равносильно действию эффективного смазочного материала, который уменьшает коэффициент трения пары «образец–инструмент», облегчая течение металла в радиальном направлении.

В результате «наложения» кручения на процесс осадки изменяется кинематика контактного трения. Как следствие, эпюра распределения нормальных напряжений становится более равномерной, сильно выраженный купол на эпюре, характерный для осадки без кручения, сглаживается при осадке с кручением, причем тем сильнее, чем больше скорость вращения деформирующего инструмента.

Снижение силы деформирования при «наложении» кручения на процесс пластического формоизменения позволяет выбрать пресс меньшей номинальной силы, меньшей массы, а следовательно и меньшей рыночной стоимости.

В третьей главе проведен расчет энергетических затрат при осадке заготовок из алюминиевого сплава без кручения и с кручением, а также проведено экспериментальное исследование крутящего момента при осадке с кручением.

Принимаем, что общая энергия деформирования, затрачиваемая кузнечной машиной (прессом) без учета потерь в механизме машины, определяется уравнением баланса работ:

– для осадки без кручения

; (1)

– для осадки с кручением

, (1а)

где , – работа полной деформации (осадка + сдвиг) без учета работы сил трения; , – работа радиальных сил трения; , – работа ползуна пресса; – работа касательной составляющей сил трения (значения, относящиеся к осадке с кручением, обозначены штрихом).

При осадке без кручения

, (2)

где – степень деформации; , – исходная и текущая высота образца; – напряжение течения (МПа), зависящее от температуры, степени и скорости деформации; – объем очага деформации,

, (3)

– исходный радиус образца.

При осадке с кручением

, (2а)

где – средняя накопленная (по объему образца) степень деформации.

Деформация выше, чем при обычной осадке, из-за дополнительной сдвиговой компоненты. Приближенно ее можно оценить по формуле**)

, (4)

 

**) , , Кошелев силового режима и методов оценки накопленной деформации при комбинированном нагружении // Тяжелое машиностроение. 2006. № 3. С. 8 – 11.

где – коэффициент схватывания, ; , – угол закручивания торцовых рисок образца и угол поворота инструмента, рад; – коэффициент неравномерности распределения сдвиговой деформации по высоте.

При осадке без кручения энергетическую составляющую можно определить из уравнения (1):

,

где ; (5)

– сила деформирования; – площадь поперечного сечения, ; – среднее давление, согласно формуле Губкина–Зибеля ; – диаметр образца, .

После соответствующих подстановок и интегрирования с учетом формулы (3) получим формулу

. (6)

В формуле (6) первое слагаемое – это работа , второе слагаемое – работа , т. е.

. (7)

При осадке с кручением аналогично уравнению (5) можно записать

, (8)

где – среднее давление, определяемое выражением*)

. (9)

Интеграл (8) с учетом выражения (9) не имеет стандартного решения, поэтому величину оцениваем методом численного интегрирования. При этом ход пуансона разбиваем на шагов, для каждого шага определяем силу , работу и затем для полного хода пуансона – сумму работ :

, (10)

где . (11)

Работа радиальных сил трения, обусловленных напряжением , при осадке с кручением значительно меньше, чем работа . Поэтому, пренебрегая величиной в формуле (1а), общую работу при осадке с кручением определяем по формуле

.

Работа крутящего момента трения при проскальзывании за время определяется зависимостью

, (12)

где – крутящий момент.

Подставив выражение для крутящего момента в уравнение (12), получим

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4