Автореферат (Электрогидроимпульсная вытяжка-формовка тонколистовых металлов в закрытую матрицу), страница 3

Благодаря предлагаемой методикевозможно получение FLD также для особо тонколистовых металлов и фольги.Экспериментальный этап включает в себя нагружение образцов из листовогометалла с помощью давления полиуретана до момента разрушения материала. Впроцессе нагружения заготовки до момента начала пластической неустойчивостив полиуретане и в элементах оснастки накапливается потенциальная энергия.

Засчет этой энергии точки заготовки в момент нарушения сплошности разгоняютсядо сотен м/с и приобретают скорость деформации до 103…104 с-1. В результатепри квазистатическом нагружении на гидравлическом прессе можно получитьразрушение металла, характерное для импульсного нагружения.В процессе испытаний вид деформированного состояния определяетсяформой отверстия матрицы: круглое или эллиптическое с разным соотношениембольшой и малой осей.

По измерениям толщины в зоне, максимальноприближенной к зоне разрушения, вычисляется среднее для кромки разрушениязначение толщинной деформации: h = 3 = ln(h/h0). При правильном заданиирадиуса закругления матрицы, разрушение заготовки происходит в центральнойчасти заготовки.Компьютерный этап включает в себя расчет в комплексе LS-DYNA путидеформирования центральных точек заготовки в координатах первая главнаядеформация (ε1) – вторая главная деформация (ε2). Расчет производится длягеометрии матрицы, соответствующей геометрии экспериментальной оснастки.При расчете учитываются также параметры степенной аппроксимации кривойдеформационного упрочнения материала заготовки. Параметр α = 2 ⁄1определяется в точке пересечения пути деформирования с расчетной кривой FLD.Исходя из равенства ε1 + ε2  – ε3, по величине ε3 определяют две главныедеформации, в которых прогнозируется разрушение металла: 1 = −3 ⁄(1 + ),ε2 = αε1 .

В рамках диссертационной работы были получены FLD для рядаматериалов: латунь Л68 (0.24 мм), сталь 12Х18Н10Т (0.55 мм), медь М1 (0.2 мм),алюминий 5754 (1 и 0.7 мм), алюминий 6061 (0.3 мм).Четвертая глава посвящена разработке и оптимизации новой технологии,интенсифицированной ЭГИ вытяжки-формовки тонколистовых металлов сдополнительным использованием ресурса пластичности фланца заготовки наоснове компьютерных расчетов и экспериментальных исследований.Суть предлагаемой технологии заключается в замене неподвижногоприжима инерционным разглаживателем и задании между матрицей ификсирующим элементом увеличенного зазора ∆ℎ . Использование данногометода предполагает устранение складок на фланцевой части заготовки за счет12воздействия разглаживателя и последующее дополнительное формоизменениезаготовки.Многочисленные компьютерные расчеты позволили установить, чтопредлагаемая технология эффективна для тонколистовых металлов толщинойℎ0 от 0.24 до 1 мм, при установлении увеличенного зазора ∆ℎ в пределах(1.2…2.2) ℎ0 , с применением разглаживателя, масса которого в 200…300 разпревышает массу заготовки; рекомендуется нагружать заготовку импульсамидавления длительностью более 1000 мкс с временем нарастания t* = 0.3…0.5.Эффективность предлагаемой технологии показана с помощью компьютерныхрасчетов и натурных экспериментов на примере ЭГИ вытяжки-формовкизаготовки из латуни Л68 толщиной 0.24 мм.

Расчеты и эксперименты показали,что применение интенсифицированной ЭГИ вытяжки-формовки позволяетувеличить высоту получаемой детали на 20…25% (рисунок 5, в) в сравнении свысотой детали, полученной традиционной ЭГИ вытяжкой-формовкой (рисунок5, а, б), уменьшить утонение центральной части заготовки на 2…4% и устранитьскладки на фланце заготовки.абвРисунок 5 – Заготовки из латуни Л68, полученные методом ЭГИ вытяжкиформовки: а – традиционная ЭГИ на пределе возможностей; б – традиционная ЭГИпри передозировке энергии; в – интенсифицированная ЭГИ вытяжка-формовкаРазработанная технология такжеиспользовалась для изготовления деталитипа «колпачок» (рисунок 6) из алюминия5754. Расчетным путем определялисьРисунок 6 – Геометрия деталитребуемые параметры нагружения.Предварительные компьютерные расчеты показали, что деталь может бытьполучена при использовании величины зазора и массы разглаживателя изрекомендуемого диапазона. На основе результатов моделирования была отлаженаштамповая оснастка и получены детали типа «колпачок» заданной формы(рисунок 7, а).

При несоблюдении рекомендуемых технологических параметроввозникали дефекты в виде складкообразования, односторонней утяжки инарушения сплошности заготовки (рисунок 7, б).13абРисунок 7 – Деталь «Колпачок» без дефекта (а) и с дефектом (б)ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ:1.

Рассмотрены различные квазистатические и динамические методывытяжки-формовки тонколистовых и особо тонколистовых металлов. Анализданных показал, что электрогидроимпульсная вытяжка-формовка являетсяодним из эффективных методов формоизменения тонколистового металла.Данный метод отличается простотой технологической оснастки, сжатымисроками подготовки производства и легко поддается интенсификации. За счетуменьшения эффекта пружинения, повышается точность заготовок в сравнении сквазистатическими методами вытяжки-формовки.2. Показано, что экспериментальное исследование ЭГИ вытяжки-формовкитребует специальной аппаратуры, затратно по времени и средствам, так как натечение процесса влияет множество факторов: параметры разрядной камеры,характеристики материала заготовки и ее геометрия, форма и длительностьимпульса давления и ряд других параметров, что, в свою очередь, также определяети наукоемкость процесса.

В связи с этим показана целесообразность применениякомпьютерного моделирования с экспериментальной верификацией численныхрасчетов.3. Сформулирована универсальная зависимость импульса давления, приварьировании параметров которой можно получить зависимости давления отвремени для характерных ЭГИ процессов. Данная зависимость использовалась вкомпьютерных расчетах при нагружении заготовки.4. Разработаны компьютерные модели процессов квазистатической иимпульсной вытяжки-формовки тонколистовых металлов. Показаны возможностичисленных расчетов в комплексе LS-DYNA, которые позволяют определятьзначения пластической деформации и ее скорость, толщину материала иперемещение для каждой точки заготовки, а также оценивать заполнениерельефа матрицы, определять вероятность потери устойчивости и нарушения14сплошности материала в любой момент времени, в том числе в моментостановки; оценивать предельные деформации заготовки в проблемных зонах.5.

Проведена экспериментальная верификация компьютерной модели напримере свободной ЭГИ вытяжки-формовки заготовки из латуни Л68. Отклоненияформ заготовок, полученных из компьютерных расчетов, от формы заготовки,полученной из натурного эксперимента, составили порядка 2…5% и порядка15…20% по эффективной пластической деформации.6.

Исследовано влияние параметров импульсного давления на процесс ЭГИвытяжки-формовки в закрытую матрицу. Показано, что увеличение длительностиимпульса давления позволяет добиться лучшего заполнения матрицы и требуетменее точной дозировки энергии в сравнении с более короткими импульсами.Полученные тенденции справедливы для металлов различной толщины,вытягиваемых в матрицы различных форм.7. Выполнена отладка разработанной на кафедре «МиТОМД» экспериментальнорасчетной методики получения динамических диаграмм предельных деформаций(FLD). Проведены эксперименты по получению точек динамической FLD для рядатонколистовых металлов: латунь Л68, медь М1, сталь 12Х18Н10Т, алюминий 5754и алюминий 6061 в диапазоне толщин от 0.2 до 1 мм. Показано, что динамическаяFLD лежит ниже FLD, рассчитанной с помощью комплекса LS-DYNA.8.

Предложена технология интенсифицированной ЭГИ вытяжки-формовкитонколистовых металлов за счет дополнительного использования ресурсапластичности фланца заготовки. В основе предлагаемой технологии заменанеподвижного прижима инерционным разглаживателем и задание увеличенногозазора между матрицей и фиксирующим элементом.9. Корректность расчетной методики апробирована экспериментально надетали типа «колпачок» из латуни Л68, а также эффективность данной методикиподтверждена компьютерной моделью.

Высота полученных деталей была на20…25% больше, чем у деталей, полученных традиционной ЭГИ вытяжкойформовкой. Утонение в центральной части детали снизилось на 2…4%.ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНЫ ВПУБЛИКАЦИЯХ1. Арсентьева К.С., Мамутов В.С. Расчет процессов квазистатическойформовки подвижными средами с применение комплекса LS-DYNA // Неделянауки СПбГПУ, материалы НПК c международным участием.

2013. – с. 114–117.2. Арсентьева К.С., Мамутов В.С. Формуемость тонколистовыхнизкоуглеродистых металлов при импульсных и статических нагрузках // Неделянауки СПбГПУ: материалы науч. форума. ИММиТ. Ч1. 2014. – с. 125-128.153. Арсентьева К.С., Кункин С.Н., Мамутов А.В., Мамутов В.С.Диаграммы предельных деформаций тонколистового металла приформовке подвижными средами // Научно-технические ведомости СПбПУ.Естественные и инженерные науки. 2015. -№2 (219).

– с.159-166.4. Арсентьева К.С., Насс С.Е., Мамутов В.С. Давление в разрядной камерепри электрогидроимпульсной вытяжке-формовке тонколистовой заготовки //Неделя науки СПбГПУ: материалы науч. форума. ИММиТ. Ч1. 2015. – с. 162-165.5. Mamutov V.S., Alexander A.M., Kunkin S.N., Arsentyeva X.S. Method ofobtaining FLD for use in simulation of metal forming by movable media // St.Petersburg Polytechnic University Journal of Engineering Science andTechnology, 2016. - №3 (249).

– с. 111-117.6. Арсентьева К.С., Насс С.Е., Мамутов В.С. Давление приэлектрогидроимпульсной вытяжке-формовке тонколистовой заготовки // Неделянауки СПбПУ: материалы науч. форума. Лучшие доклады. 2016. – с. 80-83.7. Арсентьева К.С. Импульс давления при электрогидроимпульснойтонколистовой вытяжке // Неделя науки СПбГПУ: материалы науч. форума.ИММиТ. Ч2. 2016. – с. 189-192.8.