Диссертация (1026057), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Распределение деформаций () при 800°С и скоростиперемещения 0,0016мм/с, угол сгиба 90°.Из Рис. 5.6 видно, что максимальное эквивалентное напряжение примерно200MПa, что согласуется с результатами испытания на растяжение при 800°Ссо скоростью деформации 0,001с-1. Максимальная деформация при этом, порезультатам испытаний на растяжение (глава 3), составляет около 0,3. Такойуровень деформаций соответствует зоне однородной деформации для 800°С вдиапазоне скоростей деформации от 0,0004с-1 до 0,01с-1. Следовательно, изгибзаготовки с углом 90° возможен без повреждений.Влияние скорости деформации и радиуса пуансона на усилие при изгибе(на угол 90°) при 800°С показана на Рис.
5.8.Можно отметить, что снижение скорости деформирования приводит кснижению усилия (Рис. 5.8). Уменьшение радиуса пуансона с 0,1м до 0,06мприводит к резкому увеличению усилия деформирования, в то время какувеличение радиуса пуансона с 0,1м до 0,15м незначительно влияет на усилиедеформирования.137F, кН400R2=0,06 м300200R2=0,1 м100R2=0,15 м000,0050,010,015скорость перемещения , мм/с0,02Рис. 5.8. Максимальное усилие в зависимости от скоростиперемещения и радиуса пуансона при температуре800°С.Таким образом, можно предположить, что существует критическоезначение радиуса пуансона (примерно равное толщине заготовки), при радиусепуансона больше которого критического усилие деформирования уменьшаетсянезначительно.Результаты расчета изгиба заготовки с радиусом пуансона R2=0,06 м искоростью перемещения 0,0016 мм/с при 730°С показаны на Рис.
5.9 и Рис.5.10.Рис. 5.9. Распределения эквивалентного напряжения при 730°С искорости перемещения 0,0016мм/с, угол сгиба 90°.138Рис. 5.10. Распределение деформаций () при 730°С и скоростиперемещения 0,0016мм/с, угол сгиба 90°.Из Рис.
5.9 видно, что максимальное эквивалентное напряжение примерноравно 280MПa. Можно отметить, что существует разница в распределениинапряжений в поперечном сечении при изгибе при 730°С и 800°С. При 730°C,максимальное напряжение охватывает большую часть сечения, в то время какпри 800°С максимальное напряжение сконцентрированона поверхностизаготовки.Максимальная деформация при изгибе при 730°C составляет 0,4, чтозначительно выше, чем при 800°С. Этот уровень деформации не допустим, всоответствии с результатами испытаний на растяжение, так как находится взоне образования шейки для скорости деформации в диапазоне от 0,01с-1 0,001с-1. Таким образом, можно считать, что изгиб заготовки на угол 90° при730°С со скоростью перемещения выше 0,0008мм/с недопустим.Влияние радиуса пуансона и температуры деформации при скоростиперемещения пуансона 0,0016 мм/с показано на Рис.
5.11.139F, кН4003503002502001501005000,06730°C800°C0,080,10,120,14радиус пуансона R2, м0,16Рис. 5.11. Зависимость усилия от температура и радиуса пуансонапри скорости перемещения 0,0016 мм/с.Можно отметить, что максимальная деформация при изгибе при 730°С срадиусами пуансона R2 = 0,1 и R2 = 0,15 составляет около 0,25.
Такое значениеявляется допустимым, так как находится в зоне однородных деформаций порезультатам испытаний на растяжение для скорости деформации в диапазоне от0,01с-1 до 0,0004с-1.Из Рис. 5.11 видно, что увеличение радиуса пуансона выше 0,1мнезначительно влияет на усилие деформирования.Влияние температуры и радиуса пуансона на усилие деформирования прискорости перемещения пуансона 0,0008 мм/с показано на Рис. 5.12.F, кН350R2=0,06 м300250R2=0,1 м200150100R2=0,15 м500720750780T, C810Рис. 5.12. Зависимость максимальной силы от температуры ирадиусапуансона0,0008 мм/с.прискоростиперемещения140Можно отметить, что увеличение радиуса пуансона приводит куменьшению влияния температуры на усилие деформирования.На основании результатов численного моделирования трехточечногоизгиба может быть отмечено, что:- изгиб на угол 90° возможен при 800°С со скоростью перемещенияпуансона в диапазоне от 0,016 мм/с до 0,0008 мм/с, радиус пуансона более0,06 м;-уменьшение температуры деформирования приводит к увеличению силыдеформирования и уменьшению допустимой скорости деформирования;- температура 800°С может быть выбрана в качестве оптимальнойтемпературы для горячей штамповки, поскольку она обеспечивает большийугол изгиба в широком диапазоне скоростей деформации.5.3 Моделирование процесса формовки лопатки гидравлической турбиныИспользуя уравнения состояния, полученные в предыдущей главе, а такжерезультаты трехточечного изгиба было проведено моделирование процессаформовки лопатки гидравлической турбины.
Численный анализ позволяетопределять рациональные параметры процесса формовки без натурныхэкспериментов. Целью моделирования являлось определение усилия, котороевозникает при штамповке заготовки лопатки гидравлической турбины, а такжеопределение возможности формовки сложной формы с углом 90°.Рассмотримпроцессоткрытойштамповкизаготовкилопаткигидравлической турбины, усложненной формы. Данная задача являетсяпримером типовой задачи штамповки несимметричной детали для подготовкитехнологического процесса.Модель заготовки, представленная на Рис. 5.13, а), выбрана в видечетырехугольной пластины, форма которой обусловлена формой детали.141Заготовка имеет длину L = 2 м, ширину b1 = 0,6 м и толщину h = 0,06 м.
Послеобработки давлением деталь имеет вид, показанный на Рис. 5.13, б).b1Lа) Начальная форма заготовкиб) Конечная форма заготовкиРис. 5.13. Начальная (а) и конечная (б) формы заготовкиОсновываясь на анализе результатов трехточечного изгиба, для штамповкибыла выбрана температура 800°С. При моделировании процесса штамповки,температура заготовки принималась равномерно распределенной, так как этодовольно важно для получения заготовок высокого качества. Как правило, дляпредотвращения быстрого охлаждения металла в штампе и улучшения условийтечения металла, штамповку проводят в предварительно нагретых штампах. Ввиду теплового износа штампов, их температура при изготовлении поковок нагидравлических прессах 300 - 350°С.Однако с учетом геометрических размеров детали и микроструктурныхособенностей, а такжескорости деформирования было принято, чтотемпература штампов равна температуре заготовки и постояннав течениевсего времени деформирования.Моделирование было выполнено с постоянной скоростью перемещенияпуансона.
Нижний штамп считался неподвижным. Коэффициент трениеммежду штампами и заготовкой считался равным 0. Также учитывалась массазаготовки.142Для расчета был использован квадратичный оболочечный элементSHELL181, который содержит четыре узла [132]. Каждый узел имеет шестьстепеней свободы: перемещения и повороты по осям X, Y, и Z. Этот элементпозволяет моделировать пластические деформации и описывать большиеперемещения.Граничные условия, показанные на Рис. 5.14, были заданы следующимобразом:- одна сторона заготовки закреплена по перемещениям вдоль штампа, авторая свободна;- заготовка закреплена по перемещениям перпендикулярно штампу;- опора жестко закреплена;- пуансон: Х и Y перемещения не допускается, в узлах в плоскости z высота пуансона задается перемещение по оси 0Z;- заготовка находится в контакте со штампом и пуансоном.Размерконечно–элементнойсеткивыбирался равным8мм дляобеспечения максимальной точности при условии приемлемого временирасчета.T, Kперемещения-UZgРис.
5.14. КЭ модель и граничные условия для расчета.143В модели были использованы два различных материала: материалстальной заготовки, который описывается экспериментально определеннымиуравнениями состояниями, и материал абсолютно жестких штампов.Результаты расчета показаны на Рис. 5.15 и Рис. 5.16Рис. 5.15. Распределение деформаций (1) при 800°С .Из Рис. 5.16 видно, что максимальные напряжения составляют примерно287 МПа наблюдаются в зоне изгиба заготовки на 90°. А максимальнаядеформация на растяжение составляет около 0,26. Полученные результатысогласуются с результатами, полученными при моделировании трехточечногоизгибаисэкспериментальнымиэкспериментальными данными, глава 3,данными.Всоответствииспри таком уровне деформаций непроисходит разрушения или образования шейки, следовательно, при 800°Свозможно получение более сложной формы заготовки.144Рис. 5.16.
Распределения эквивалентного напряженияпри 800°С.Очень важным параметром с точки зрения производства является усилиедеформирования. Этот параметр необходим для выбора оборудования и оценкиэнергозатрат. График изменения силы открытой штамповки во временипоказан на Рис.
5.17. Сила, необходимая для штамповки была найдена, каксуммарная реакция на пуансоне в каждый момент времени.F, кН300025002000I,II1500III1000IV5000050100t, сек150200250Рис. 5.17. Изменение силы деформирования во времяформовки.145На графике, Рис. 5.17, можно выделить характерные стадии штамповки.На первой стадии, стадии свободной осадки и второй стадии – стадии началаизгиба,максимальнаясиласоставляет200кН.Этистадиинаиболеепродолжительные и занимают около 60% всего времени деформирования.
Натретьей стадии сила заметно возрастает с 200кНдо 1000кН, а затемнаблюдается стадия доштамповки, на которой происходит максимальныйизгиб, что отражается на графике резким скачком усилия. Таким образом,максимальное усилие, возникающее на завершающей стадии штамповки,составляет 2800кН. Основываясь на этих результатах можно сократить времяштамповки за счет увеличения скорости деформации на первых двух стадияхштамповки и уменьшения на последних стадиях.5.4 Выводы к главе 51. Было установлено, что изгиб на угол 90° возможен при 800°С соскоростью перемещения пуансона в диапазоне от 0,016 мм /с до 0,0008 мм/спри радиусе пуансона более 0,06м;2. Уменьшение температурыдеформирования приводит к увеличениюсилы деформирования и уменьшению допустимой скорости деформирования;3.Температура 800°С может быть выбрана в качестве оптимальнойтемпературы для горячей штамповки, поскольку она обеспечивает большийугол изгиба в широком диапазоне скоростей деформации;4.
На основание результатов численного моделирования формовкизаготовки лопатки гидравлической турбины было установлено, что притемпературе 800°С возможно получение усложненной формы заготовкилопатки гидравлической турбины без достижения предельно допустимыхдеформаций.146Основные выводы и заключение по диссертационной работе1. Получены новые экспериментальные данные одеформированиинизкоуглеродистой мартенситной стали класса 1.4313 при испытаниях нарастяжение в интервале температур от 650°С до 950°C и скоростей от 10-4 с-1до 0.01с-1.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
