Диссертация (1143892), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Верификация разработанных компьютерных моделейПроведение проверочных компьютерных расчетов и сравнение полученныхрезультатов с данными натурного эксперимента позволит оценить применимостьразработанной модели. Верификация осуществлялась на примере свободной89ЭГИ вытяжки-формовки заготовки из латуни Л68 толщиной 0.24 мм диаметром110 мм в матрицу с круглым отверстием диаметром 60 мм.Также проводилось два компьютерных расчета, в которых параметрынагружения задавались различными способами. В первом импульс давлениязадавался участок зависимости со множественными пульсациями (рисунок 2.29, 1)в период от 360 мкс до 900 мкс, соответствующий давлению гидропотока.
Общаядлительность импульса давления составила 540 мкс.Во втором расчете импульс давления задавался гладкой кривой зависимости(2.1) (рисунок 2.29, 2). При задании импульса давления гладкой кривой,длительность воздействия также задавалась 540 мкс. Амплитудное давление p0подбиралось таким образом, чтобы площадь под гладкой кривой не превышалаплощади гидропотока, и составило 13.5 КПа.4 5004 000Давление, КПа3 5003 0002 5002 0001 500121 00050000.0E+00 2.0E-04 4.0E-04 6.0E-04 8.0E-04 1.0E-03 1.2E-03Время, сРисунок 2.29 – Формы импульса давления в центре заготовки: 1 – полученнаяпри компьютерном расчете с учетом гидромеханики процесса; 2 – гладкая криваяпредлагаемой зависимости давленияНа рисунке 2.30 показан относительный прогиб заготовки: график 1соответствует значениям, полученным в ходе натурного эксперимента, графики2 и 3 соответствуют значениям, полученным из компьютерных расчетов.9000.20.40.60.81Относительный прогибцентра0.00-0.05-0.101-0.152-0.203-0.25-0.30Относительный радиусРисунок 2.30 – Относительный прогиб заготовки, полученный при ЭГИвытяжке-формовке: 1 – натурный эксперимент; 2 – компьютерный расчет симпульсом давления, заданным сложной зависимостью; 3 – компьютерный расчет симпульсом давления, заданным зависимостью (2.1)Из рисунка 2.30 видно, что величина максимального относительногопрогиба центра заготовки по модулю составила 0.28 для натурногоэксперимента.
В свою очередь в компьютерном расчете, где импульс давлениязадавался сложной зависимостью с множественными пульсациями, величинаотносительного прогиба центра заготовки составила 0.275. Расчет, в которомимпульсдавлениязадавалсязависимостью(2.1),показалвеличинуотносительного прогиба заготовки 0.278.Отклонения от формы рассчитывались следующим образом: ∗ = (|э − р1 |⁄э ) ∙ 100%,(2.24) ∗ = (|э − р2 |⁄э ) ∙ 100%,(2.25)где, lэ – длинна кривой профиля заготовки, полученной из натурногоэксперимента, lp1 – длинна кривой профиля заготовки, полученной из расчета сосложным импульсом давления, lp2 – длинна кривой профиля заготовки,полученной из расчета с импульсом давления, заданным зависимостью (2.1).Отклонение от формы l* для компьютерного расчета со сложным импульсомдавления составило 2.28%, для расчета с импульсом давления, заданнымзависимостью (2.1) отклонение составило 1.64%91На рисунке 2.31 показаны графики эффективной пластической деформацииточек заготовки в момент остановки для двух вариантов компьютерного расчетаи интенсивность деформаций, полученная из усредненных значений натурногоэксперимента.
Среднее отклонение расчетных значений от экспериментальныхзначений пластической деформации составили 23.61% для компьютерногорасчета со сложным импульсом давления и 23.7% для расчета с импульсомдавления, заданным зависимостью (2.1).Эффективная пластическаядеформация1230.220.200.180.160.140.120.100.080.060.040.020.000.00.10.20.30.4Относительный радиус, r*0.50.6Рисунок 2.31 – Эффективная пластическая деформация в точках заготовки вмомент остановки: 1 – пластическая деформация, рассчитанная изэкспериментальных данных; 2 – расчет с применением сложной импульснойзависимости; 3 – расчет с применением гладкой кривой завивисимости (2.1)Данные зависимости позволяют оценить корректность разработаннойкомпьютерной модели.Как видно из сравнения кинематики точек заготовки (рисунок 2.30),отклонений формы заготовок из численных расчетов от формы заготовки,полученной из натурного эксперимента и распределения пластическихдеформаций вдоль образующей заготовки (рисунок 2.31), разработанная КЭкомпьютерная модель является адекватной, а ее использование для расчетовпроцессов ЭГИ вытяжки-формовки листовых металлов приемлемо.922.7.
Исследование процесса тонколистовой вытяжки-формовки взакрытую матрицуВ данном параграфе с помощью разработанных компьютерных моделейбудут проведены сравнительные расчеты известных процессов квазистатическойи импульсной вытяжки, которые позволят рассмотреть факторы, влияющие навероятность возникновения различных типов брака при вытяжке-формовкетонколистового металла. Будут рассмотрены влияние характера деформированияимпульсных и квазистатических процессов, а также влияние формы идлительности импульса давления ЭГИ процесса на вытяжку-формовкутонколистовых металлов в закрытую матрицу.2.7.1.
Влияние скорости деформирования на процесс тонколистовойвытяжки-формовки в закрытую матрицуНа примере расчетов квазистатической и импульсной вытяжки-формовки взакрытую матрицу исследовано влияние скорости деформирования на качествополучаемых деталей. Компьютерные расчеты проводились на примереквазистатической вытяжки-формовки в жесткий штамп и ЭГИ вытяжки-формовкизаготовок из латуни Л68 толщиной 0.24 мм в матрицу сферической формы.Зазор между матрицей и прижимом принимался фиксированным исоставлял 1.05ℎ0 , где ℎ0 – толщина материала исходной заготовки. Глубинаматриц – 35 мм. Геометрические модели для вытяжки-формовки сферическихдеталей в жестком инструментальном штампе и ЭГИ методом представлены нарисунке 2.32.Квазистатическое нагружение для вытяжки-формовки в жестком штампезадавалось поступательным движением пуансона. Согласно работам [34, 77] длязаготовки из латуни Л68 с заданными характеристиками и геометрией,динамическое решение сходится к квазистатическому при длительности расчетаот 2800 мкс.93а)б)Рисунок 2.32 – Геометрические модели жесткого инструментального штампа (а)и оснастки для ЭГИ вытяжки-формовки в сферическую матрицу (б) до установлениязазоров: 1 – матрица; 2 – листовая заготовка; 3 – прижим; 4 – пуансонИмпульсное давление задавалось равномерно по площади свободной частизаготовки зависимостью (2.1).
Рассматривалcя вариант импульса давления сотносительным временем нарастания давления t* = 0.1 при характеристическойдлительности давления θ = 1200 мкс.На рисунке 2.33 показана заготовка после вытяжки в жесткоминструментальном штампе с паттерном, определяющим проблемные зоны вдольпрогиба заготовки.00.20.40.60.810-0.1z*-0.2-0.3-0.4-0.5-0.6-0.7r*Рисунок 2.33 – Заготовка после вытяжки-формовки в жесткоминструментальном штампе: КЭ модель (а) и кривая с распределением зоне вдольпрогиба (б): «+» – нормальное формоизменение; «Х» – риск складкообразования;«Ж» – складкообразование94Из рисунка видно, что при вытяжке-формовке в жестком штампенаблюдается образование складок на фланце и их переход на цилиндрическуючасть детали, несмотря на увеличенный диаметр заготовки и жесткоезащемление фланца. Также расчеты показали, что, после снятия нагрузки,наблюдается отход купольной части заготовки от дна матрицы за счетпружинения, что в свою очередь сказывается на точности детали (рисунок 2.34).На рисунке 2.34 также показан график изменения величины эффективнойпластической деформации во времени в центре заготовки, полученнойквазистатической вытяжкой-формовкой в жестком штампе.
В момент времени2800 мкс задавалась остановка пуансона и его последующий подъем. Подъемграфика пластических деформаций в период времени после 2800 мксобуславливается пружинением заготовки. Эффект пружинения также можнонаблюдать на графике изменения относительного прогиба вытягиваемойзаготовки. Рост значений пластических деформаций в период после 2800 мкс натреть от прежних значений, свидетельствует о значительном влиянии эффектапружинения на процесс квазистатической вытяжки-формовки.Относительный прогиб центра заготовкиЭффективная пластическая деформация0.80.58280.57500.60.40.18420.13130.20.00.0E+008.0E-041.6E-032.4E-033.2E-03Время, сРисунок 2.34 – Совмещенный график зависимости эффективной пластическойдеформации в центре заготовки и изменения относительного прогиба заготовки вовремени при вытяжке-формовке в жестком штампе95На рисунке 2.35 показана заготовка после ЭГИ вытяжки-формовки спаттерном, определяющим проблемные зоны вдоль прогиба заготовки.
Дляданного варианта расчета величина амплитудного давления и его длительностьбыли подобраны таким образом, чтобы листовая заготовка заполняла рельефсферической матрицы без недоштамповки или обратного прогиба донной части.Из рисунка видно, что зона вероятного образования складок сосредоточенана фланце и переходит на свободную часть заготовки в меньшей степени, чемпри вытяжке-формовке в жестком штампе, т.е.
инерционность фланцаспособствует замедлению складкообразования.00.20.40.60.810-0.1z*-0.2-0.3-0.4-0.5-0.6-0.7r*Рисунок 2.35 – Заготовки после ЭГИ вытяжки-формовки при оптимальномуровне энергии: КЭ модель (а) и кривая с распределением зоне вдоль прогиба (б):«+» – нормальное формоизменение; «Х» – риск складкообразования;«Ж» – складкообразованиеИзменение размеров заготовки за счет пружинения в сравнении сквазистатической вытяжкой-формовкой в жестких штампах отсутствует. Нарисунке 2.36 показан график изменения величины эффективной пластическойдеформации во времени в центре заготовки, полученной импульсной вытяжкойформовкой. Как видно из рисунка, ЭГИ вытяжка-формовка способствуетбольшим пластическим деформациям, чем при квазистатической.
Также можноотметить отсутствие пружинения заготовки.Такимобразом,рамкахКЭкомплексаLS-DYNAразработаныкомпьютерные модели вытяжки-формовки сферических деталей в жестких96инструментальных штампах и ЭГИ методом. Расчеты показали, что дляквазистатического процесса характерно пружинение заготовки и изменениеразмеров после снятия нагрузки.Относительный прогиб центра заготовкиЭффективная пластическая деформация0.90.80.70.60.50.40.30.20.10.00.0E+000.7860.7860.6452.0E-044.0E-040.6456.0E-04 8.0E-04Время, с1.0E-031.2E-03Рисунок 2.36 – Совмещенный график зависимости эффективной пластическойдеформации в центре заготовки и изменения относительного прогиба заготовки вовремени при ЭГИ вытяжке-формовке при характеристической длительности давления = 1200 мкс и оптимальном уровне давленияВ случае ЭГИ вытяжки-формовки, при оптимальном уровне давления,пружинение и изменение размеров заготовки отсутствуют.
Также отмечено, чтоинерционность фланца при ЭГИ вытяжке-формовке способствует замедлениюскладкообразования. Другими словами, по сравнению с вытяжкой-формовкой вжесткий инструментальный штамп, метод ЭГИ вытяжки-формовки позволяетполучить более точную деталь.2.7.2 Влияние формы и длительности импульса давления на процессвытяжки-формовки в закрытую матрицуНа ЭГИ вытяжку-формовку значительное влияние оказывают амплитуда идлительностьимпульсадавления,которыеопределяютсяпараметрамиразрядного контура.
Изменение одного или обоих параметров нагружения,оказывает существенное влияние на процесс.97Согласно известным данным [41], импульс давления может достигать130 – 150 мкс. Указанная длительность складывается из времени нарастаниядавления и времени падения, за которое амплитудное давление p0 падает до нуля.Согласно работе [26] частью времени падения можно пренебречь, поскольку ононе оказывает влияние на пластическую деформацию. Исходя из вышесказанного,можно принять такое понятие, как нормальная или средняя длительностьдавления порядка 100 мкс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
