автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Расчетно-экспериментальная методика определения предельного формоизменения в процессах осесимметричной нецилиндрической вытяжки

Московская государственная академия автомобильного и тракторного машиностроения

На правах рукописи

Жиляев Станислав Дмитриевич

РАСЧЕ1ТГО-ЭКСПЕгаШ1ШЬШЯ МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛЬНОГО ФОТООИЗШШНШ В ПРОЦЕССАХ ОСШТОЖГИШОП 1ВДИЛИЩРИЧЕСК0И

вытяжки

Специальность - 05.03.05 - Процессы и машины

обработки давлением

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук'

Москва - 1993

' Работа выполнена на кафедре "Машины и технология обработш! ые-• галлов давление«" Московской государственной академии автомэ-6iyibHoro и тракторного машиностроения.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор А. Д. Ыатвеев

Научный консультант - доктор технических наук, профессор JI. Г. Сухомлинов

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Бондарь B.C. кандидат технических наук,

доцент Чумадин А.С.

si

Ведущее предприятие - НПО НИИТАВТОПРОМ.

Защита диссертации состоится декабря 1993 г.в " "

часов на заседании специализированного совета К 063.49.03 при Московской государственной академии автомобильного и тракторного машиностроения по адресу: 105839, Москва, Б.Семеновская ул., Д.ЗЗ. 1

С диссертацией ыохно ознакомиться в библиотеке ЫГААТМ.

с

1

'Ваши отзывы на. автореферат, заверенные печатью, просим направить по вышеуказанному адресу.

[S-^ d

Автореферат разослан4^ ноября 1993 г.

-Учений секретарь специализированного л Л

совета кф-н., доцент ^^у В.С.Сидоров'

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуэльпость работа. Листовая штамповка и, в частности, Еитяжка из листовых заготовок является одним из основных способов получения тонкостенных деталей в автомобилестроении. Это связано с возможностью получения деталей довольно высокой точности при соблюдении жестких требований к качеству, рациональным использованием материалов и применением автоматизации производства. Значительную доли среди деталей, изготавливаемых методом листовой штамповки, составляют осесккметрячныо детали. Поэтому совершенствование осесимметричных процессов представляет вакную проблему, так как может привести к существенным результатам по экономии металла.

В большинстве случаев разработка технологических процессов изготовления тонкостенных деталей (в том числе и осесимметрич-ных) методами листовой штамповки носит эмпирический характер. Такой подход нельзя признать эффективным, так как он требует больших затрат времени и средств на разработку и отладку, не позволяет получить научнообоснованную оценку реальных возможностей по экономии металла и подойти к оптимизации технологического процесса в целом. 3 связи с этим чрезвычайно важной представляется проблема разработки и использования расчетных методов .для исследования й проектирования технологических процессов

Несмотря на большое количество разработанных программных 'реализаций в этой области,, абсолютное Зрлышнство из тпс имеет логику, жестко привязанную к определенному диапазону технологических параметров, что исключает возможность исследования продельного формоизменения, связанного с локализацией дефордацшш к какому-либо одному типу инструмента (например, только к 'цилиндрическим пуансонам с плоским торцом, или только к сферическим пуансонам). Это делает невозможным проведение численного исследования для другого набора инструментов л затрудняет использование подобных алгоритмов и полученных результатов в. технологической практике, где спектр используема проСилей инструментов гораздо сире. По этой причине неисследованными остаются проблемы связанные с нецилиндрической вытяжкой оболо-

чек, в том числе и вопросы их предельного формоизменения. Эхо и составляет предает изучения настоящей работа.

• Цель работы. Целью данной диссертационной работы является разработка расчетно-экспериментального методического подхода к исследованию процессов осесимметричной вытяжки на основе численного моделирования с доведением расчетной модели до уровня автоматизированной системы, способной учесть:

- многообразие форм используемых при вытякке инструментов (рабочих частей штампов);

- реальные, определяемые расчетно-экснериментальшы путем, условия трения;

- реальные физико-механические параметры материала;

- особенности поведения оболочки при витяхке в стадии предельного формоизменения, характеризуемого

" локализацией деформации и разрывом.

Практическое применение разработанной методики осуществляется на примере исследования предельного формоизменения в процессах осесимметричной нецилиндрической вытяжки.

На защиту выносятся:

1. Автоматизированная система и методический подход к ее применению при исследовании реальных технологических процессов осесимметричной вытяжки с рпределением предельных параметров формоизменения.

' 2. Результаты расчетно-экспериментальных- исследований предельного формоизменения в процессах осесимметричной нецилиндрн--ческой вытяжки.

Научная новизна. Разработан рьссчетио-эксиериментальный методический подход к исследованию, процессов осэсимметричной вытякки- для случаев предельного формоизменения. Положенная в его основу конечноэлементная модель, 'с использованием безмо-ментной расчетной схемы, доведена до уровня автоматизированной системы. Предложена методика определения коэффициентов трения с использованием конечноэлеыентной системы расчета. Получены расчетно-экспериыентальнш путем значения коэффициентов треник в зонах контакта листовой заготовки из ста.та 08ХП с поверхностям!: инструментов с применением в качестве смазочного мамрмдо ышшралыюго касла. Повышенная точность определения коэффинден-тов тршшя в предложенной методика обуславливается проведешь:

исследований в области предельного формоизменения, где имеет место повышенная чувствительность к значениям коэффициентов трения. С использованием предложенной методики исследований определены предельные параметры процессов нецилиндрической осесимметричной вытяжки сферическим пуансоном и пуансоном с плоско-тороидной поверхностью. Оформленные в виде градов результаты расчетно-экспериментальных параметрических исследований нецилиндрической вытяжки являются новыми и могут быть рекомендованы к включению в справочные материалы и руководства по технологии листовой штамповки.

Достоверность. Достоверность полученных результатов обеспечивается проведением методических исследований для подтверждения надежности разработанной методики, сравнением с известными экспериментальными и теоретическими результатами.

Практическая ценность и реализация результатов. Предложенный методический подход к проведению исследований технологических параметров процессов.осесимметричной вытяжки на основе автоматизированной системы конечноэлементного моделирования позволяет, проводить численное исследование формоизменения осе-симметричных оболочек и оптимизировать основные параметры промышленного технологического процесса без использования дорогостоящего и занимающего длительное время натурного эксперимента. j Использование результатов численного анализа целесообразно на ст'адю^ разработки технологических процессов и при проектировании • штамповочной ' оснастки. Полученные расчетно-экспериментальные результаты-исследований технологических параметров предельного формоизменения в рроцессах осесимметричной нецилиндрической вытяжки могут использоваться в технологической практике. Разработанная методика, включающая автоматизированную систему исследования вытяжки оболочек вращения различной конфигурации, внедрена на Волжском 'автомобильном заводе • (ПО АвтоВАЗ). '

Апробация работы. Материалы работы докладывались на науч-нотехнической конференции, посвященной 50-летию МАШ (Москва, 1589г.), научно-практической конференции "Ресурсосберегающая технология магаянострония" (Москва 1993г.) и на заседаниях ка-

федрц МиГОВД МГААТМ.

Публикации. По теме исследовании опубликованы 2 работы.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа изложена на 122 страницах машинописного текста, содержит 36 иллюстрации, 1 таблицу, список литературы из 59 наименований и приложения.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано ocoonuouiuiu актуальности работы, показано преимущество применения численных методов в разработке и исследовании технологических процессов штамповки. Сформулирована цель работы и дано краткое содержание глав диссертации.

В первой глава проведен сравнительный анализ существующих подходов в области исследования и математического моделирования процессов формоизменения осесимметричшх оболочек при больших пластических деформациях.

Экспериментальные и аналитические методы исследования процессов осесимметричной вытяжки (И.А.Норицын, Е.А.Попов, Л.А.Шофон, S.Chung) используют множество упрощапцих предположений, таких как искусственное выделение очагов деформации, неучет истории нагружения и упрочнения, а также реальных условий контактного взаимодействия листового материала.с инструментом. Все это приводит к значительным погрешностям в оценке напряженно-деформированного состояния листовой заготовки в процессе формоизменения. Известные, аналитические подходы способны .дать лишь крайне приближенную оценку технологических параметров осесимметричной вытяжки и" не дозволяют предсказывать предельные ситуации формоизменения. Такой способностью обладают численные методы, основанные на учете всех основных особенностей реального технологического процесса.

К настоящему времени накоплен значительный опыт по численному решению задач осесимметричного пластического формоизменения оболочек в беэмоментной постановке (Лежнева A.A., Попощ E.Â., Руфнов Ф.И., Титлянов А.Е., Щеглов , Woo D.M., Wang. H.-M. я др.), в рамках теории тонких оболочек с учетом изгибаю-

пая моментов (Баженов В.Г., Baunhan J.li.ïï., Zlenkiewlcz О.С., Onate E.j Wang. N.-M., Wifl A.S.) и в рамках общей формулировки теории пластичности для тела Еращения (Andersen В.S., Wlfi A.S.).

Основным недостатком известных подходов являются жесткая привязка к определенному типу инструмента и неспособность алгоритмов к анализу продольного формоизменения, что существенно ограничивает их практическое применение. Учет изгибных эффектов в случае достаточно тонких оболочек не приводит к новым, более точным, результатам по сравнению с безмоментной формулировкой, но значительно увеличивает затраты машинного времени.

На основе проведенного анализа существущих подходов' к расчету тонких оболочек при больших пластических деформациях сформулированы цель и задачи работы.

Во второй главе рассматривается безмомептная конечвоэле-ментная модель процесса пластического формоизменения осесиммет-ричной оболочки, автоматизированная система конечноэлеыентного моделирования процессов осесимметричной вытяжки и общий методический подход к ее применению при анализе процессов осесшаэт-ричной витяжки.

Операция еытязкки рассматривается как переход от исходной круглой листовой заготовки к осесишэтричной оболочке под действием жестких'штампов. Описание пластического состояния детали 'производится .на основе' варианта теории течения Хилла для транс-й'ереально-изотропного материала с изотропшм упрочнением.

Процесс формоизменения модели, состоящей из элементов с 'прямолинейными образующими, рассматривается как пошаговый, при котором переход из известного состояния в новое осуществляется с малыми приращониями деформаций. Выбирается система" координат OXR (ось ОХ- совпадает с осью вращения, ось ОН- соответствует радиальному направлению). Если х. г, х", г* - координаты точек элемента в начале и в конце иага нагружения соответственно, а Дих и ДUj. - компонента вектора перемещений то .

х*= х + Aus ; г*= г + AUj, . (I )

Малое приращение окружной деформации Де2 в элементе

ДЕ2= AUj/r

(2)

Малое относительное удлинение Ле^ 1-го элемента находится По его размерам

'V

* .2 , * .2 ( г1+1 - х^ ) + ( г1+1 - Г4 /

Ае^

г*- 5 ( Б*- Б )( Б** Б ) ( Б*)г- Бг

Б Б * 2Б (3)

= 2 )(Лих,1+1" Д"хД )

* 2 (г1+1" Г1 )[ а«р.4+Г Лиг,1 ) +

+ ( Аих,1 )2+ [ А"г.1+Г йигД )2] •

Приращение деформации Ле^ по толщине элемента на шаге нагружения определяется из условия несжимаемости

АЕ + АЕ + АЕ =0 (4)

С учетом плоского напряхеиного состояния получены следующие физические соотношения модели

г г а г

о* —----— (1+Ю АЕ.+ Я АЕо|

1 3 П2Н Ае I 1 ,

2 Я+ 2 ' о ' ' !

Оо= -а--Г (ПЮ АЕ„+ К Ае,] ' (5)

2 П2И АЕ I 2 Ч

П2Н АЕ Т

АЕ 1/ —

/ ^ 2 • /у^-1 ГАбг-ЙАе^^ГЯДеэ-Ае^г^^-Ае^2]2

где'й - параметр анизотропии материала,ае - интенсивность приращения деформаций. Связь между интенсивностью напряжений о и накопленной деформацией ё* задается законом упрочнения вида ; , о « ф Сё*) , где ф - экспериметально определяемая универсальная 1 функция материала.

. Нак^яение деформации в злешнте осуществляется по схе^-з

€*" Ё * АЕ • (6)

где Аб - приращение деформации на нага;

£ и 6* - величина накопленной деформации в начале п конце сага.

Уравнения равновесия конечнозлементпоЯ модели на ивгв нагруэсеняя формируются на основе принципа возыошшх перемещения.

Соответствующее вариационное уравнение с учетом безжмент-пого состояния модели может бить представлено в еидэ

Н+1

2% ЕГ^ейе^ о2ЙЛ£2)№г = йс^с (^Л^^Л^г, 1аАигД-' • <7)

Рвзрешводую систему нелинейных алгебраических уравнений модели на шаге нвгрукения получаем, проводя операции варьирования с использованием геометрических (1)-(4) и физических (5)-(5) соотношений

(8) .

- *гд{ Ъ.З ' }= ?гД (№-1,1,1+1; 1=1,2,...,11+1)

где Ьр А - нелинейные алгебраические оператор!.

Для закрепления узлбв соответствуйте уравнения равновесия заменяются условия™ закркплвния вида

.«хд-0 : «г.1=° • . . О)

Поскольку формоизменение происходит при взаимодействия с поверхностями твердых тел (матрицей и пуансоном), часть узлов модели на шего нагружешгя находится в свободам- состоянез (Рх 1=0 ; Рр ^-0), о часть - совершать перемещения вдоль поверхности соответствупщх тел. Для узлов, находящихся в контвкта с твердима телами» пара силовых, соотношения вида (9) путем проектирования на касательную к контактной погерхн&сти сводится к ■ 'одному уравнэЕСТт равновесия под действием сшит трения. Пря этом используется закон трения Кулона

- . . ч

"О)

где Ли„ - относительнса отремевониэ вдоль поверхности

10 .■■ ' инструмента;

ц - коэффициент трения.

• В процессе решения задачи уточнение силы контактного давления проводится на основе итерация.

Вместо недостающего второго силового уравнения записывается кинематическое условие перемещения узла вдоль контура 9(х,г)=0 соответствующего твердого тела

г+игД;=о . (II)

Полученная система нелинейных алгебраических уравнений на ваге нагружения решается на основе сведения к последовательности линейных задач. При этом линеаризация осуществляется по методу Ньютона. Линеаризация физических соотношений проводится по методу переменных параметров И.А.Биргера. Решение полученных систем линейных алгебраических ура^рений проводится на основе метода Гаусса.

'разработанная пошаговая процедура решения, реализованная в виде автоматизированной системы расчета напряженно-деформированного состояния, позволяет исследовать процессы вытяжки в состояниях, близких к предельным, и выявить места локализации деформаций на формуемой оболочке.

Помимо основного алгоритма численного решения задачи система включает в себя графическую подсистему для визуализации результатов расчета напряженно-деформированного состояния осе-симметричных оболочек, пластически деформированных в результате воздействия жестких тел (инструментов). Она позволяет строить графики напряжений, деформаций, толщин оболочки как функции длины образующей, площадь ее поверхности и сил, действующа на инструменты как функции процесса нагружения, а так же форму образующей полученной'детали.Работа пользователя заключается в задании исходных данных и анализе -полученных результатов ,с использованием подсистемы построения графитов.

В отличие от известных аналогов в области технологического моделирования; указанная система обладает не только широкими возможностями в плане анализа технологических параметров, но и ■ обладает существенными преимуществами, позволяющими обеспечить устойчивый счет и высокую точность числовых результатов вплоть до предельных ситуаций, характеризуема локализацией деформаций I разрывом оболочки. Указанные возможности по обеспечению высо--*ой вычислительной надежности использованного в системе алго-

ритма, как это видно из представленного выше описания, заключаются в такой организации процесса •решения геометрической в физической нелинейной контактной проблемы для оболочки при больших пластических деформациях, при котором по каждому виду нелинейности осуществляется итерационное решение с контролем точности по каждому из них в отдельности. В результате, получаемое численное решение на каждом шаге нагружения с контролируемой точностью удовлетворяет.геометрическим, физическим соотношениям, уравнениям равновесия и контактным условиям, без чего нельзя переходить к следующему шагу нагружения. Отсутствие подобного контроля в известных реализациях приводит, как показал сравнительный анализ полученных с помощью них результатов, к накоплению больших погрешностей в численном решении, чреватых полной потерей точности в состояниях близких к предельным.

Отмеченные выше возможности предложенной автоматизирован- ' ной системы конечноэлементного моделирования позволяют предложить и соответствующий методический подход к проведению исследований технологических параметров процессов осесимметричной вытяжки, изложенный в данной главе, и учитывающий высокую вычислительную надежность системы, вплоть до достижения вытягиваемой оболочкой предельного состояния.

В результате высокой точности численных результатов, полу-;чаемых на основе расчетной модели, точность предсказания поведения вытягиваемой оболочки будет в значительной мере ; определяться точностью исходных данных по исследуемому технологическому процессу: геометрией заготовки и инструментов, коэфХициен-' ту нормальной анизотропии, параметра^ упрочнения материала, коэффициентами трения. Из перечисленных исходных данных легко с высокой точностью путем непосредственного измерения получить размеры инструментов и стандартными испытаниями на одноосное растяжение образцов параметры упрочнения и коэффициент аШгао-тропии материала заготовок; Наиболее сложным в проблеме , исследования является вопрос определения коэффициентов трения на всех поверхностях контакта заготовки и инструментов^. Точность результатов, предсказанных моделью, будет зависеть от точности определения коэффициентов трения. / •

В проведенном в I главе обзоре способы определения коэффициентов трения, которые базируются на замере одного какого-либо параметра напряженно-деформированного состояния оболочки в

базовом эксперименте, не могут обеспечить высокой точности, поскольку выбираемый параметр не всегда является достаточно чувствительным к вариациям величин коэффициентов трения. Известно, что величина коэффициентов трения существенно влияет на момент достижения предельного состояния формуемой оболочкой, наиболее чувствительными к величинам коэффициентов трения является предельные параметры формоизменения. € применением данной автоматизированной системы представляется возможность определения коэффициентов трения по анализу испытаний на формовку и вытяжку образцов в состояниях, близких к предельному. Поэтому предлагается методический подход, который включает следующую последовательность проведения исследований с применением систе-ш конечноэлементного моделирования.

• I) Экспериментально определявшее параметра упрочнения и коэффициент нормальной анизотропии листового металла.

2) Проводится цикл расчетно-экспериментальных исследований по формовке и вытяжке образцов в состояниях, близких к предельным. При этом в расчетных исследованиях с применением конечно-элементной модели варьируются коэффициенты треыш с целью достижения согласования результатов расчета а эксперимента по всем технологическим параметрам, которые наиболее чувствительны к изменениям коэффициентов трения и которые доступны непосредственному измерению. Такой многофокторный анализ юзмохен в след-, ствие автоматизированной обработке результатов шдвли{)ования в предложенной системе. Предлагаемый подход обеспечивает повышенную точность контроля за достоверностью падучйекнх результатов.

3) На основе подученных значений исходных фи?ико-. механические параметра материала и коэффициентов трения проводятся -исследования реальных производственных процессов вытяжки. ' " ,

В третьей главе рассматривается методика вкспериментааьво-расчетного определения исходных механических параметров листового материала н коэффициентов трения в зонах контакта ааготов-ки с инструментами.

- Беаиоыантная конечновлементная система два исследования осе синю тричных процессов формоизменения листовых материалов,, шшсаиншг вшю, обладает достаточной универсальностью по отношению к геометрии используемых в реальных технологических про-

1 13

цессах инструментов. Цдкяствешша ограничение^. оз щшюненйя является предположение о безиюмвнтной схеме демаркирования листа, которое вштсшшятся в случав, если толщина листа достаточно кала по сравнении с минимальным радиусом скруглэния рабочей кромки инструмента. Возможности учета упрочнения материала и трения на контактных поверхностях позволяют надеяться на получение расчетных результатов, адекватно отражающих поведение ластового штадда в исследуемол технологическом процессе. Точность численного моделирования реального процесса формоизменения з" значительной степени зэрлскт от используемых в расчетах исходных £жзмко-ие хкшгческнх характеристик, таких как параметр нормальной ах-газогротга листового материала Я, диагршгма упрочив ш:я о=Ф(е), коэффициента транип ц.

.Применительно к варианту физических соотношаний (5) назначается методика определения параметров листового металла на основе зксшршенга по одноосному растяжению образцов, вырезанных из ласта.

Экспериментальная процедура определения характеристик листа из старта 08КП, используемого в дальнейших исследованиях, состояла а испытаниях на одноосное растяжавле образцов, вырезании из ласта кшдааа 0.73 т под кг лом О', 45', 90* по отношения к оси прокатки.' , • *

Для а1шрокс;кация твблшф заденной функции некоторой енаштаческой зарцс;:^остьзз использовалась наиболее распространенная стэпэнаая ошрошка^я ада

I 0= .4 г Е0 + Е г1 ! (12)

где Л, Ед, п - искбгшэ константы материала. В случае рассматриваемого иста из стала 08КП, при аспрок-сшацщ гада (I?), установила что значение А= 534 ЫПа, п= 0.237, е0= 0.0102 обеспечивают наилучвве приближение дкагрвкад упрочнения. Эти значения материальных констант исшяьзозали в дальнейшем ('вместе с определенный коэффициентом нордальной анизотропен ластового материала К= 1.25) в вхсивримеитбдыю-раочетных исследованиях деформирования заготовок из указанного ластового чаториала. •

Прслгог.агазтся. что гояфЯвдкэнт трепня для заданного листового катерпада а основное зг.рлсат о? качества обработка поверхности ннструкапта и вэда смазочного каторгзда а практически

не зависит от гьзштрш инструменте (допустимость такого предположения подтверждается проведенными экспериментально-расчетны» исслвдовашямя) и контактного давления. Кроме того, величины коэдащйвнтоэ трения оказывают существенное влияние на процесс формзизиэиення к предельных случаях. Расчетный аппарат, использований для оценки коэффициентов трения, моделирует реальный процесс формоизменения, включая такое явление, как локализация деформации, позволяет значительно повысить точность определения, так как дает возможность проводить сопоставление с экспериментом по любым параметрам, которые доступны непосредственному измерению. Использованный экспериментально-расчетшй метод определения коэффициентов трения между.листом и рабочими поверхностями инструментов заключается в следующем.

Первый этап - определение коэффициента трения в зоне контакта заготовки с пуансоном в процессе формовки сферическим пуансоном круглой листовой заготовки, зажатой по контуру (рис.1.а.). По результатам экспериментальных исследований строятся графики распределения деформаций по исходному * радиусу заготовки и зависимость усилия на пуансоне от его перемещения; В расчетной части исследований варьируется коэффициент трения на пуансоне. Полученные с применением автоматизированной систе-; мы конечноэлементного моделирования графики распределения деформаций и усилия на инструменте сравниваются с экспериментальными, и в случае их хорошего согласования ионользуешй в данном расчете коэффициент трения считается найденным1 (ряс.!*.б.'). . • Определений! таким образом коэффициент трения для области контакта листа с пуансоном используется на следующем этапе для исследования коэффициентов трения в областях контакта листа с матрицей и прижимом в испытаниях на вытяжку заготовки пуансоном с плоско-тороидной поверхностью. Диаметр заголовки подбирается такой, при котором при некотором перемещении пуансона произойдет ее разрушение. Методика нахождения коэффициентов трения аналогична описанной выше.- ■

Для наиболее точного и полного сопоставления экспериментальных и расчетных результатов замерялось также расстояние по поверхности .деталей от полюса до места разрыва. В результате проведенных исследований получены следувдие значения коэффициентов трения: ц^0.21, ^=0.2?, ^=0.16.

8.

Рас Л. Формовка сферическим пуансоном.

I

; О

Паг«уч0Ш-зе й.щэднш шханичеокие параметры листового материма и коэй&шхйэнш трэшш к зонах контакта заготовки с инс-1'РРяа1гмна Есжидлуютгя з дальнейших исследованиях предельного 4о]«^швдюгя осадтю!грич:ю31 нецилиндрнческой еытяжки.

k3tosxr.il .ькадаза предельного состояния оболочки заключается в елздугд-зм. По результатам расчетов с Использованием авто-ка-гдзнрозашюД системы кгйзч:гоэлементного моделирования строятся трг графика (рис.2.):

1) распределение деформаций вдоль исходного радиуса заготовки в конце процесса формоизменения;

2) изменения усилия на пуансона по шагам нагружения;

3) изменения величины толщинной деформации в опасном сечении заготовки по шагам нагружения.

По характерным пикам на графике распределения деформаций определяется элемент в котором происходит локализация деформаг ции и строится для этого элемента граф® изменения величины толщинной деформации по шагам нагружения. На графике изменения усилия на инструменте по шагам нагружения падение нагрузки может быть связано или с выходом заготовки из зоны прижима и полным втягиванием ее в проем матрицы или с разрывом заготовки при некотором перемещении инструмента. За критерий оценки состояния заготовки в конце процесса формоизменения принимается характер изменения величины толщинной деформации в опасном сечении. При падении.нагрузки на пуансона, связанном^ с полным втягиванием заготовки в проем' яатрмцы. происходи ' стабилизация' толщинной деформации. При падейии нагрузки на пуансоне, связанном с потерей несущей способности оболочки, происходит катастрофическое возрастание толщинной деформации в зоне шэйи. Это и позволяет в дальнейшем определять момент разрыва как. момент потери несущей способности оболочки в результате локализации деформации.

В четвертой главе рассматривается применение предложенного расчетно-эксшриментальноЕО методического подхода; к исследовании предельного формоизменения. V процессах осе симметричной нецилиндрической вытяжки. Проводимте исследования одновременно демонстрируют возможности предлагаемой методики при решении проблем предельного формоизменения при вытяжке оболочек вращения различной конфигурации.

,6 экспериментальной части исследований применялся следую-

щий набор инструментов:

1) сферические пуансоны с Ьп= 45; 42; 35; 30; 24 мм ;

2) пуансоны с плоско-тороидной поверхностью тех.же диаметров с радиусами скругления рабочей кромки 4; 7; 12 мм;

3) матрицы с внутренним диаметром Г>ы= 47 и 56.8 мм с радиусом скругления рабочей кромки йи= 3; 5; 9 мм.

Это позволило проводить экспериментальные исследования с различными ((!.37+22.47)30) относительными зазорами между цилиндрическими поверхностями инструмента и различными радиусами округления рабочих кромок матриц и пуансонов.

В расчетной части исследований радиусы скругления рабочих кромок пуансонов и матриц варьировались с шагом 1т.

Исследования и анализ получаемых результатов проводились по описанной выше методике (рис.2. Вытяжка пуансоном с плоско-тороидной поверхность».). Хорошев согласование расчетных и экспериментальных результатов наблюдалось во всех исследованиях. '•

В результате проведенных исследований подтверадена сравнением с экспериментом на примера нецилиндрической осесимметрич-ной вытяжки методика анализа предельного формоизменения при вытяжке, основанная на автоматизированной системе конечно-элементного моделирования.

С использованием преддоаонн-рго методического подхода определены предельнее параметры процесса глубокой вктякки сферическим1 пуансоном ¡к (1уансоном :с шюскогррощщой поверхностью.

: Оформленные' в ва4е графиков результаты расчетно-экспериментальных параметрических исследований нецилиндрической вытяжки такие как:

- зависимость предельного коэффициента вытяжки от радиуса округления рабочей кромки матрицы и коэффициента нормальной анизотропии (рис.3);

- зависимость усилия прлкша <2 от диаметров заготовок и шюсительшх зазоров иевду ц>ишадричвсними поверхностями инструментов;

- зависимое« предельного коэффициента игтккки от относи-■ельного зазора (рис.4.);

- зависимость относительной глубшш вытяжя от относиталь-ого зазора;

- зависимость предельного кооИициента вцтякки от радиуса

ш

сч и

Л«

0«-

'ОР

Л2 1 г ^ 7 1 ' 4СЧГ1 I I I I ' | о?о : - -Церщфошфт'.е;

й«-----1-

Г Г Г/.Ч* ¡.- ^лпЦяше; ^

.1..i_Jir.~l.2t .Йй.вв л*. .1____!

• 3

г Я (*)

-0.20

-0.40-

Л.1.7 |____.... ...

V I Эвсперймен»

. Л?-^гиаОювя)»»!

I \ * # А I — ТОЯЩИЯЯЫй )

Рис.а. Вытякка пуан соном с плоско тороидной поверхностью

xxx - 3KC(tepiw8H'f

--- packet

Ru [UU]

10.00

Pao.3.

t '

K„

I.*»

1.73

1.40 1-----

a/s0

Pac.4.

20 ' округления раЗо^г-Я йшмкп матрицы яри различиях селкчиьах зазора мэвду инстр;"»в?!тб^г! *.

. - зависим-хлъ Н( ¿дельного коэффициента вытяхки от радиуса скруглв!п;я рабочей кромки пуансона,

иаля.лто: аовыш и ютут быт;, рекомендованы к включению в справочке материала и руководства по технологии листовой штамповки.

В есяикаяни сформулированы основные результаты диссертационной работы.

1. Разработана рассчатно-экспериментальная методика исследования процессов осесимметричной вытяжки для случая предельного формоизменения. Положенная в основу методики конечноэлемент-ная модель, с использованием безмоментной расчетной схемы, доведена до уровня автоматизированной системы, способной учесть:

- многообразие форм используемых при вытяжке инструментов (рабочих частей штампов);

- реальные, определяемые расчетно-зкспериментальным путем, условия трения;

- реальные физико-механические параметры материала;

- упрочнение материала;

- особенности поведения оболочки при вытяжке в стадии предельного формоизменения, характеризуемого локализацией деформации и разрывом. ; : ' |

2. Предложена методика 'определения коэффициентов трения 'с использованием конечноэлементной системы расчета. Получены расчетно-экспериментальным путем значения коэффициентов трения в зонах контакта листовой заготовки из стели 08КП с поверхностями инструментов с применением в качестве смазочного материала минерального масла. Повышенная точность определения коэфгривдген-тов трения в предложенной методике обуславливается проьедением исследований в области предельного формоизменения, где имеет место повышенная чувствительность к значениям коэффициентов трения.

3. Дано применение предложенной методики к анализу предельного формоизменения в процесс« осесимметричной нецилиндрической вытяжки не исследованных и не освещенных до сих пор в литературе. Среди полученных новых результатов:

а) влияние коэффициента нормальной анизотропии на предель-

ныв параметры формоизменении; ' *

б) предеиьные коэффициенты вытякка о&эрическ'гм пуансоном и пуансоном с плоско-торондноЕ рабочей поверхностью п^ц различных зазорах мехду цилиндрическими поверхностями пуансонов и матриц;

в) зависимость предельных коэффициентов вит лисп от радиусов скругления рабочих кромок матриц и пуансонов;

г) зависимость предельных глубин вытякки от коэффициента вытяжки и от радиусов округления рабочих кромок инструментов для различных величин зазоров мевду цилиндрическими поверхностями пуансонов и матриц.

Оформленные в виде графиков результаты раочетно-аксперикенталыиа параметрических исследования технологических параметров для подобных процессов вытяяш .чогут бить рекомендо-вшш к включению в справочные материалы и руководства по технология листовой штамповки. Сама же предложенная и продемонстрированная на практика методика макет бить с успехом применена и при решении многих других технологических проблем.

4. Разработшшая методика, включаыцая автоматизированную систему исследования вытяккя оболочек вращения различной конфигурации, внедрепа на Волжском автомобильном заводе (ПО АвтоВАЗ). I

Основное содержание дисдертшщотюй работы отражено в сие-дуыдах публикациях: ' ' !

1. ! ймяевС.Д., Пухояяаноз Л.Г., Швзя i.V.., Гении Е.В.,

ЫашюзсюгЯ' г.с. Н^сдодоь'&э де-формирозааал листовых : иатэриалов из р^овэ мэюда конечных элементов: Материалы научно-технической конференции, посвященной 50-льтии НАМИ. - I9G9. - с. 20а.

2. Сухошшов Л.Г., Зйгельсберг В.К., Рахкан A.A., Жмшь С.Д. Исследование многос-первционноа вытяхки осесимиетрич-ных дчталей на основе бевмомантноЯ конечиойлвишпиой моднл!! /¿М-»вузовский сборник научных трудоь: J^uöccu обрабонш металлов давлением в aBTOJaoöiinecTpouiu«^. - П.;

. ШМ, 1933. г с. 65-72.

Кпляев Стадполав Дмитриевич-

"Расчетно-эксперимвнтатьная методика определения продельного формоизменения в процессах ооеоиыыотрячной нецплищфлчоскоп витяжки

Автореферат диссертации па соискание ученой' CTsnei:i; кандидата технических наук.

Подало ало в початй 29.11.93. ¡Заказ 240-93. Тираж 100. Формат 30x42/4. Бумага типографская. Бесплатно.

ротапринт МГАММ. Москва, Б.Семеновск8я,33.