Моделирование процесса осадки на основе метода траекторий главных направлений

А. И. Масленникова

Научный руководитель: В. Б. Мамаев, канд. техн. наук, доцент

ФГБОУ ВПО «Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П. А. Соловьева»

В настоящее время существует целый ряд программных продуктов позволяющих осуществлять компьютерное моделирование процессов объемной штамповки и имеющие как свои преимущества, так и недостатки. К преимуществам можно отнести то что они охватывают целый ряд операций объемной штамповки, а в качестве недостатка то, что они для выполнения моделирования требуют некоторых затрат машинного времени. Поэтому поиск если не оптимального то, по крайней мере, рационального сочетания вводимых параметров может потребовать достаточно больших затрат времени.

На кафедре ОМД РГАТУ разработан метод траекторий главных направлений, а на его основе математическая модель и программный продукт [1]. К недостаткам этого программного продукта можно отнести то, что он охватывает пока еще один процесс – осадку, а в качестве достоинства – работу в реальном режиме времени. Таким образом, представилось возможным произвести компьютерное моделирование и выполнить анализ влияния основных технологических факторов на протекание и результаты процессов осадки.

Основными технологическими факторами, влияющими на ход и результат процесса осадки, являются следующие параметры: коэффициент контактного трения – μ_А, величина относительной деформации – δ, а также их совокупное взаимодействие. Это является вполне логичным, даже с той стороны, что именно от них зависит, как это было показано ранее [2], изменяющееся по ходу осадки и искажения свободной поверхности граничное условие на стыке свободной и контактных поверхностей.

Моделирование показывает, что при росте величины коэффициента от 0,1 до 0,2 изменения настолько малы, что наблюдать их визуально практически невозможно. Однако при этом имеет место несущественное изменение размеров. Далее при росте величины коэффициента в пределах 0,2 < μ_А < 0,27 ÷ 0,28 заметно увеличивается объем металла периферийной части заготовки, непосредственно примыкающей к свободной поверхности, который будет характеризоваться пониженными свойствами вплоть до образования рыхлот и признаков разрушения в виде расслоения. Кроме того весьма существенно уменьшается протяженность зоны скольжения и возрастает протяженность и объем зоны застоя-прилипания. При μ_А > 0,27 ÷ 0,28 на периферийной части заготовки пропадают «всплеск» контактных напряжений и линзообразные области «разрыхления», что способствует увеличению качества этой части поковки. В то же время при μ_А = 0,3 и μ_А = 0,4 и далее вплоть до 0,5

а)

б)

в)

Рис. 1. Влияние величины относительной деформации – δ на процесс осадки: h₀ = 50 мм; b₀ = 40 мм; μ_А = 0,1; а) δ = 0,5; б) δ = 0,6; в) δ =0,8

продолжают весьма существенно уменьшаться протяженность зоны застоя-прилипания, что отрицательно влияет на качество проковки центральной части осаживаемой заготовки.

Следующим основным технологическим фактором, влияющим на результаты осадки, является величина относительной деформации осаживаемого образца – δ, которая варьировалась в пределах от 0,5 до 0,7. Первоначально моделирование осуществлялось для условий малого трения – μ_А = 0,1, как это показано на рис. 1. По мере возрастания величины относительной деформации при малом трении (μ_А = 0,1) протяженность области прилипания и застоя снижается, а протяженность зоны скольжения и области пластического течения возрастает, а при большом трении (μ_А = 0,4), наоборот. В то же время следует обратить внимание на то, что изменение величины относительной деформации в отличие от величины контактного трения не оказывает первостепенного влияния на характер напряженного состояния периферийной части заготовки, непосредственно примыкающей к свободной поверхности. Увеличение величины относительной деформации – δ от 0,5 до 0,7 не меняет общей картины траекторий главных направлений, как при низкой, так и при высокой величине коэффициента контактного трения.

Увеличение коэффициента контактного трения – μ_А и относительной величины деформации – δ приводит к увеличению протяженности и объема зон застоя, то есть пластически недеформируемых зон, что отрицательно влияет на свойства центральной части поковки, но при этом на ее периферийной части качество поковки увеличивается за счет исчезновения линзообразных областей. При этом подавляющее влияние оказывает коэффициент контактного трения, а не величина относительной деформации. Протяженность и объем области прилипания-застоя, а также наличие или отсутствие линзообразных областей примыкающих к свободной поверхности являются одними из основных критериев позволяющих давать оценку эффективности деформационной проработки материала заготовки в результате процесса осадки.

Библиографический список:

1. Мамаев В. Б., Мамаев М. В. Разработка основ метода траекторий главных направлений / Наукоемкие технологии в машиностроении и авиастроении: Материалы IV Международной научно-технической конференции. В 2-х частях. – Рыбинск: РГАТУ им. П. А. Соловьева, 2012. – Ч. II. – 498 с., С. 132 – 137.

2. Мамаев В.Б. Расчет контура свободной поверхности в процессах осадки и центрирование заготовок в ручьях штампов // Заготовительные производства в машиностроении, № 8, 2007. С. 34 - 37.