РОЗДІЛ 2
ПРОГНОЗУВАННЯ ТА ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЯКОСТІ ВИРОБІВ ХОЛОДНИМ ОБ'ЄМНИМ ШТАМПУВАННЯМ ШЛЯХОМ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ МЕТОДОМ СКІНЧЕНИХ ЕЛЕМЕНТІВ
2.1. Прогнозування та забезпечення якості виробів при аналізі формозміни ХОШ шляхом моделювання
Аналіз основних параметрів ХОШ та методів теоретичного аналізу холодного деформування матеріалів дозволив визначити напрямок отримання виробів необхідної форми з прогнозованою якістю та виробів з забезпеченою якістю шляхом моделювання. Було відмічено, що моделювання операцій ХОШ на базі МСЕ враховує всі основні параметри, які впливають на силові режими та характер формозміни металу. Тому в роботі обґрунтована можливість отримання вказаних виробів шляхом створення математичних моделей з використанням МСЕ процесів холодного деформування, які забезпечують створення ресурсозберігаючих процесів без доопрацювання експериментальними роботами. Сутність обґрунтування полягає в наступному:
1. Конструктивні ПК (геометрична форма пуансонів, матриць, виштовхувачів), технологічні ПТ (форма заготовки, ступінь деформації, наявність неусталеної течії металу, локальний характер осередку деформації, тип змащення, швидкість деформування, примусове зміщення інструмента, дія протитиску, розвантаження здеформованого металу) та фізико-механічні параметри ПФМ (пружні властивості матеріалу заготовки, діаграма істинних напружень та діаграма пластичності металу, що деформується) впливають на силові режими деформування , розподіл питомих зусиль на контактуючих поверхнях між металом та інструментом, а також показники якості (кінцева геометрія виробу, розміри осередку деформації, зміцнення та ступінь використання ресурсу пластичності здеформованого металу, пружна деформація внаслідок розвантаження) виробів. Оскільки зусилля деформування , питомі зусилля , якість виробів є функціями вказаних параметрів, то необхідно враховувати їх комплексний вплив при моделюванні процесів ХОШ на отримання виробів необхідної форми з прогнозованими властивостями здеформованого металу та необхідної форми з забезпеченими властивостями (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Схема прогнозування та забезпечення якості виробів при моделюванні процесів ХОШ
2. Процес моделювання формозміни необхідно починати з вихідного положення заготовки для врахування неусталеної течії і історії розвитку напружено-деформованого стану по всьому об'єму заготовки, визначення фактичних розмірів осередку деформації, можливості руйнування, кінцевої геометрії виробу та зміцнення здеформованого металу. Комплексний вплив параметрів дозволить моделюванням визначити схему напруженого стану, силові режими, розподіл питомих зусиль на оснащенні та технологічну пластичність здеформованого металу по ступеню використання ресурсу пластичності здеформованого металу. По технологічній пластичності встановлюється можливість отримання виробу за один перехід та визначається кількість переходів ХОШ, а також виявляється необхідність термічної обробки (відпалу) для виконання подальших переходів.
3. При отриманні виробів необхідної форми з прогнозованими властивостями здеформованого металу (з врахуванням п. 2) відкриваються можливості заміни марки матеріалу на більш дешеві без зміни службових властивостей виробу (якщо не використовується подальша термічна обробка для збільшення механічних властивостей), що забезпечить зменшення зусиль деформування і підвищення стійкості деформуючого інструменту та штампового оснащення. В такому випадку якість виробів є прогнозованою для подальшої обробки виробу або використання в виробництві.
4. Для забезпечення якості виробів при необхідній геометричній формі, моделюванням встановлюється комплексний вплив параметрів на характер формозміни матеріалу і отримання кінцевої геометрії виробу при раціональних силових режимах та питомих зусиллях з точки зору стійкості деформуючого інструменту. Причому також враховується визначення можливості заміни марки матеріалу виробу для зменшення зусиль деформування при забезпеченні якості.
Для досконального вивчення історії розвитку напружено-деформованого стану, отримання кінцевої геометрії виробів при формозміні ХОШ процес моделювання деформування заготовок з вихідного положення розподіляється на певну кількість кроків навантаження. Наведені нижче співвідношення МСЕ стосуються одного кроку навантаження.
2.2. Співвідношення МСЕ для моделювання великих пружно-пластичних деформацій
2.2.1. Аналіз кінцевого пружно-пластичного напружено-деформованого стану з використанням малих переміщень
Для опису поведінки пружно-пластичного ізотропного твердого тіла при навантаженні будемо використовувати по принципу можливих переміщень варіаційне рівняння робіт:
, (2.1)
де - компоненти тензора напружень; - компоненти тензора малих деформацій; - об'єм металу, що деформується; - поверхневе навантаження; - компоненти переміщень, в подальшому будемо позначати через ; - символ варіації , - поверхня металу, де діє навантаження.
Зміна деформованого стану описується співвідношеннями Коші, які зв'язують приріст малих деформацій та переміщень
, (2.2)
де ,- декартові координати
Рівняння фізичного стану, які встановлюють зв'язок між приростами деформацій та напружень, девіатори яких в випадку малих пружно-пластичних деформацій вважаються пропорційними. Для пружного стану тіла вказані рівняння представлені законом Гука
, (2.3)
де -- модуль Юнга, ? - коефіцієнт Пуассона. Якщо виразити прирости напружень через прирости деформацій з (2.3), отримуємо
, (2.4)
де - модуль пружності 2 роду,