Автореферат (Электрогидроимпульсная вытяжка-формовка тонколистовых металлов в закрытую матрицу), страница 2

В рамках КЭ комплекса LS-DYNA разработаны компьютерные моделипроцессов традиционной и интенсифицированной ЭГИ вытяжки-формовкитонколистовых и особо тонколистовых металлов, учитывающие импульсноенагружение, упругопластическое деформирование и упругую разгрузку заготовкипри задании динамической кривой деформационного упрочнения материалазаготовки, контактного трения и взаимодействия заготовки с рельефом матрицы.2. Предложена и апробирована универсальная зависимость давления отвремени, с помощью которой возможно задание параметров нагрузки прикомпьютерном моделировании импульсных процессов.63. Установлено влияние скоростей деформации на вид кривойдеформационного упрочнения, показано уменьшение пружинения в сравнениисо штамповкой в жесткий инструментальный штамп, влияние схемынагружения, складкообразования, анизотропии механических свойств, а такжеосновных технологических параметров на процессы традиционной иинтенсифицированной ЭГИ вытяжки-формовки.4.

Отлажена разработанная на кафедре «МиТОМД» экспериментальнорасчетная методика получения динамических диаграмм предельных деформацийтонколистовых и особо тонколистовых металлов.5. Разработан интенсифицированный процесс ЭГИ вытяжки-формовкитонколистовых и особо тонколистовых металлов.Практическая значимость:1. Разработана методика проектирования технологических процессов ЭГИвытяжки-формовки на основе разработанных компьютерных моделей.2.

Получены FLD для ряда тонколистовых и особо тонколистовых металлов.3. Разработана технология интенсифицированной ЭГИ вытяжки-формовкитонколистовых и особо тонколистовых металлов.4. Сформулированы научно обоснованные технологические рекомендациидля промышленного применения процессов ЭГИ вытяжки-формовки деталей изтонколистовых металлов.Апробация работы.

Результаты диссертационной работы докладывались иобсуждались на научно-практических конференциях и форумах с международнымучастием: 42-ая, 43-ая, 44-ая, 45-ая, 46-ая, 47-ая «Неделя науки СПбПУ» (СанктПетербург, 2013, 2014, 2015, 2016, 2017, 2018); 7-ая международная НПК"Современное машиностроение: наука и образование", Санкт-Петербург (2018).Публикации. Основные результаты диссертации отражены в 18 работах, 5из которых включены в перечень ВАК РФ.Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения,4 глав, заключения, списка литературы из 134 наименований. Работа изложенана 176 страницах печатного текса, содержит 110 рисунков, 16 таблиц, 8приложений.

Общий объем 207 страниц.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы исследования, показаны научнаяновизна и практическая значимость полученных результатов работы, выносимыхна защиту.В первой главе на основе научных трудов отечественных и зарубежныхавторов показано современное состояние теории и технологии получения деталей7из тонколистовых металлов, в том числе ряд типовых проблем, возникающих привытяжке-формовке тонколистовых металлов в открытые и закрытые матрицы.Обоснован выбор принятой для исследования ЭГИ технологии, какнаиболее эффективной для изготовления тонколистовых деталей и сравнительнолегко поддающейся интенсификации. Однако отсутствие научно обоснованныхрекомендаций, сложность ЭГИ процесса и его зависимость от большогоколичества факторов приводит к тому, что зачастую технологические процессы наоснове ЭГИ метода имеют низкую эффективность.

Обосновано использование висследовании компьютерного моделирования в КЭ комплексе LS-DYNA.Рассмотрен ряд экспериментальных методов определения FLD, основанныхна доведении образцов до разрушения (методы Наказимы – Марсиниака и тестгидростатического выдавливания). Показано, что данные методы не приспособленыдля получения FLD тонколистовых и особо тонколистовых металлов.На основе проведенного анализа определены цель и задачидиссертационной работы.Вторая глава посвящена разработке компьютерных моделей процессоввытяжки-формовки тонколистовых металлов и исследованиям, проведенным сих помощью. Исследованы и проанализированы параметры импульсногодавления в разрядной камере при ЭГИ вытяжке-формовке.

Предложенауниверсальная зависимость импульса давления, позволяющая задавать нагрузкубез учета параметров передающей среды:p = p 0 Np(t/) a exp(-bt/),(1)где t – время; p0 – амплитудное значение давления; N p = exp(b-1); a = bt * ;b = 1/(1-t * +t * lnt * ), t * = t н /.Варьируя параметры зависимости (1) можно получить формы давления,характерные для различных ЭГИ процессов в зависимости от податливостизаготовки (рисунок 1). Использование данной зависимости для задания параметровнагружения позволяет проектировать модель исследуемого процесса, состоящуютолько из матрицы, прижима и заготовки, представленных в LS-DYNA в видеоболочек (рисунок 2).Основой для задания свойств материала заготовки при созданиикомпьютерной модели в LS-DYNA является кривая деформационногоупрочнения, аппроксимированная степенным законом  s =B i m (s – напряжения,i – интенсивность деформации, B и m – параметры аппроксимации).

Влияниескоростей деформаций, характерных для ЭГИ процессов в рамках наиболеераспространенной модели материала MAT_POWER_LAW_PLASTICITY (MPL)учитывалось коэффициентом динамичности Kd.Исследовано влияние анизотропии механических свойств металла наскладкообразование фланца заготовки. Установлено, что при скоростях8деформации, характерных для ЭГИ процессов, анизотропия не оказываетсущественного влияния на процесс деформирования фланцевой части заготовкидля исследованных материалов (латуни и алюминиевых сплавов).

Поэтомуматериал заготовки в компьютерных моделях принимался изотропным.Нормированноедавление, p/pmАВC10,750,50,25000,250,50,75Нормированное время, t/1Рисунок 1 – Формы импульса давления,получаемые при варьировании параметраt*: А – t* = 0.1; В – t* = 0.3; С – t* = 0.5Рисунок 2 – Геометрическая модельЭГИ вытяжки-формовки: 1 – матрица;2 – заготовка; 3 – прижимРазработанные модели учитывают основные физико-механическиеособенности исследуемого процесса, с погрешностью, приемлемой с точкизрения инженерных технологических расчетов, позволяют определять значенияпластической деформации и ее скорость, толщину материала и перемещение длякаждой точки заготовки, а также оценивать заполнение рельефа матрицы, а сучетом FLD определять проблемные зоны складкообразования и возможногоразрушения заготовки.Оценка адекватности разработанных компьютерных моделей проведена напримере свободной ЭГИ вытяжки-формовки заготовки из латуни Л68 толщиной0.24 мм.

Сравнение проводилось по кинематике точек заготовки (рисунок 3, а) иэффективной пластической деформации (рисунок 3, б). Отклонения форм заготовок,полученных из компьютерных расчетов, от формы заготовки, полученной изнатурного эксперимента, составили порядка 2…5% и порядка 15…20% поэффективной пластической деформации.С помощью разработанных компьютерных моделей исследовано влияниескорости деформирования на процесс вытяжки-формовки тонколистовых металловв закрытую матрицу. Сравнительные расчеты проводились для процессовквазистатической вытяжки-формовки в жесткий инструментальный штамп иЭГИ вытяжки-формовки заготовок из латуни Л68 толщиной 0.24 мм.

Расчетыпроцесса квазистатической вытяжки-формовки показали различия значенийэффективной пластической деформации до и после снятия нагрузки более чем на40%, что говорит о проявлении эффекта пружинения и изменении конечныхразмеров заготовки, в то время как при расчетах процесса ЭГИ вытяжки-9формовки различия значений эффективной пластической деформации составилиоколо 0.05%.

Таким образом, ЭГИ метод позволяет получить более точнуюдеталь в сравнении с вытяжкой-формовкой в жесткий инструментальный штамп засчет отсутствия пружинения после снятия нагрузки, а также способствуетзамедлению складкообразования благодаря инерционности фланца.2130,050,00-0,05-0,10-0,15-0,20-0,25-0,3000,250,5r*а0,751Эффективнаяпластическая деформацияz*1230,200,160,120,080,040,000,00,20,40,6Относительный радиус, r*бРисунок 3 – Относительный прогиб заготовки, полученный при ЭГИ вытяжкеформовке (а) и эффективная пластическая деформация в точках заготовки в моментостановки (б): 1 - натурный эксперимент; 2 - расчет с расчетным импульсом давления сучетом податливости заготовки; 3 - расчет с импульсом давления, заданнымзависимостью (1)Исследован процесс вытяжки-формовки тонколистовых металлов в открытыеи закрытые матрицы характерных форм (сферическая, цилиндрическая).

Расчетыпоказали, что использование закрытой матрицы способствует увеличениюштампуемости, на 10…20% уменьшает утонение в донной части заготовки ивероятность развития деструкционной пластичности, снижает требования кточности дозирования энергии в 15…20 раз в сравнении с ЭГИ вытяжкойформовкой в открытую матрицу.Исследовано влияние формы и длительности импульса давления на процессвытяжки-формовки в закрытую матрицу. В расчетах импульс давления задавалсязависимостью (1), в котором варьировались следующие параметры: длительностьимпульса  (10, 100, 1000 и 2500 мкс); относительное время нарастания t* (0.1 и0.5); уровень амплитудного давления. Расчеты проводились для процессов ЭГИвытяжки-формовки заготовок из латуни Л68 (0.24 мм) в сферическую матрицу изаготовок из алюминия 5754 (1 мм) в цилиндрические матрицы глубиной 25 и 15 мм.Исследования показали, что недостаточный уровень давления приводит кнедоштамповке рельефа матрицы, а при передозировке энергии возможен отскокзаготовки от дна матрицы, обратный прогиб и нарушение сплошности заготовки10Алюминий 5754, =100 мкс, t*=0.100,250,50,750-0,1-0,2-0,3-0,4-0,5r*матрицаотскок от днаЛатунь Л68, =1000 мкс, t*=0.500,250,50,751z*z*(рисунок 4, а).

Увеличение длительности давления и выбор параметра t* = 0.5способствует разглаживанию обратного прогиба (рисунок 4, б), скруглению формызаготовки и увеличению заполнения рельефа матрицы (рисунок 4, в, г) и снижаюттребования к точности дозирования энергии, то есть, оказывают положительноевлияние на процесс вытяжки-формовки. При достижении длительности импульсав 2500 мкс вместо отскока и обратного прогиба наблюдается вдавливаниематериала заготовки в дно матрицы. Схожие результаты получены независимоот выбора материала и толщины заготовки и формы матрицы.недоштамповкаразрушение0-0,1-0,2-0,3-0,4-0,5r*отскока0,25Латунь Л68, =1000 мкс00,250,50,750,50,751-0,1z*z*0-0,2-0,3r*1000 (t*=0.1)1000 (t*=0.5)вразглаживаниебАлюминий 5754012500 (t*=0.1)2500 (t*=0.5)0-0,1-0,2-0,3-0,4-0,5r*t*=0.11t*=0.5гРисунок 4 – Кривые относительного профиля заготовок в зависимости отпараметров импульсного давленияТретья глава посвящена отладке разработанной на кафедре «МиТОМД»экспериментально-расчетной методики получения динамических диаграммпредельных деформаций (FLD), а также получению параметров экспериментальныхFLD для материалов, применяемых в работе.

Известные методы определенияFLD (Наказимы, Марсиниака и др.) обладают следующими недостатками:сложность в нанесении качественного измерительного паттерна, возникновениеконцентраторов напряжений, трудности в определении начала пластическойнеустойчивости, получение измерений с поверхности образца.Предлагаемая экспериментально-расчетная методика не требует нанесенияизмерительной сетки, благодаря чему устраняются концентраторы напряжений11и искажения результатов, и появляется возможность проведения измерениймаксимально близко к границе разрушения; для проведения экспериментовиспользуется относительно простая оснастка.