Математичне моделювання процесів холодного видавлювання зі складною конфігурацією інструменту

Abstract

Актуальність теми дослідження. Процеси холодного видавлювання забезпечують високу якість поверхні й точні розміри штампованих заготовок і деталей та завдяки цьому демонструють стійку тенденцію до розширення технологічних можливостей та впровадження на виробництві. Отримання інженерних формул розрахунків оптимального силового режиму, уявлення про характерні зони і межі розподілу течії металу та зон контакту деталі з інструментом, прогнозування формоутворення є актуальними завданнями, що потребують вирішення. Постановка проблеми. Складні за формою деталі із суцільних або порожнистих заготовок доцільно виготовляти способами поперечного і комбінованого радіально-поздовжнього видавлювання. При цьому конфігурація інструменту (наявність фасок, заокруглень) дозволяють сформувати необхідний профіль деталі та суттєво впливають на деформаційний та силовий режими деформування. Визначення оптимального силового режиму у вигляді інженерних формул з урахуванням впливу конструктивних особливостей інструменту сприятиме більш активному впровадженню наведених процесів на виробництві. Аналіз останніх досліджень і публікацій. На основі аналізу публікацій за останні роки було встановлено, що дослідження процесів холодного поздовжньо-поперечного видавлювання переважно проведені експериментально, методом скінченних елементів та стосуються визначення силового режиму, особливостей формозмінення та дефектоутворення напівфабрикату. Виділення недосліджених частин загальної проблеми. Невирішеними залишаються питання щодо отримання інженерних формул розрахунку силового режиму (особливо за наявності складної форми інструменту), що вказує на недостатню придатність отриманих результатів для використання на виробництві. Метою статті є розширення технологічних можливостей процесів холодного видавлювання на основі розробки нових кінематичних модулів складної форми та вироблення відповідних рекомендацій щодо їх використання для отримання оцінки силового режиму деформування та визначення оптимальної конфігурації інструменту. Виклад основного матеріалу. У роботі запропоновано використання наближеної кривої у якості заміни чверті кола, що відображає заокруглення матриці. Встановлено, що відхилення довжини дуги наближеної кривої та площі криволінійної трапеції, що обмежена нею, не перевищує 0,8 %, що вказує на адекватність запропонованої заміни. Проведено розрахунки приведеного тиску деформування всередині кінематичного модуля із заокругленням. Встановлено, що радіус заокруглення можна використовувати у вигляді параметра оптимізації конфігурації інструменту за величиною приведеного тиску деформування. Висновки відповідно до статті. Розроблений новий кінематичний модуль із заокругленням дозволяє розширити можливості енергетичного методу для моделювання процесів холодного видавлювання із складною формою інструменту. Це дозволить надалі використовувати наведені розрахунки в нових схемах та сприятиме отриманню оцінки силового режиму та формозмінення і, як наслідок, виробленню рекомендацій щодо оптимальної конфігурації інструменту та більш активному впровадженню цих процесів на виробництві. Urgency of the research. Cold extrusion processes provide a high surface quality and precise dimensions of stamped workpieces and parts, and thus demonstrate a steady trend to expansion of technological capabilities and implementation in manufacturing. Obtaining of engineering formulas for calculating of the optimal power mode, presenting about characteristic zones and boundaries of the metal flow and contact zones of the part with deformation tool, predicting of shape formation are urgent tasks that need to solve. Target setting. It is advisable to produce parts of complex shape from solid or hollow workpieces by methods of transverse and combined radial-longitudinal extrusion. In this case, the configuration of the tool (the presence of chamfers and roundings) allows to form the required profile of the part and significantly affects on the deformation and power modes of the deformation. Determination of the optimal power mode in the form of engineering formulas, taking into account the influence of design features of the tool, will contribute to a more active implementation of these processes in the manufacturing. Actual scientific researches and issues analysis. Based on the analysis of publications in recent years, it has been established that studies of the processes of cold longitudinal-transverse extrusion are mainly carried out by experimental and by the finite element method and relate to the determination of the power regime, the features of the shape resizing and defect formation of the workpiece. Uninvestigated parts of general matters defining. Obtaining of the engineering formulas for calculating the power regime (especially for the complex tool shape) remain unresolved, which indicates the insufficient suitability of the obtained results for using in the production. The research objective is an expanding of the technological capabilities of the cold extrusion processes based on the development of new kinematic modules with complex shape and the development of appropriate recommendations for their using to obtain an assessment of the deformation force mode and determine of optimal tool configuration. The statement of basic materials. The paper proposes the using of an approximate curve as a replacement for a quarter of a circle reflecting of the matrix rounding. It has been found that the deviation of the arc length of the approximate curve and the area of the curved trapezoid bounded by it does not exceed 0.8%, which indicates the adequacy of the proposed replacement. Calculations of ratio pressure into of the kinematic module with rounding have been carried out. It has been established that the radius of curvature can be used as a parameter for optimizing the configuration of the tool according to the value of the ratio pressure. Conclusions. Developed new kinematic module with rounding allows to expand the capabilities of upper bound method for modeling the processes of cold extrusion with a complex tool shape. This will allow in the future to use the above calculations in new schemes and will help to obtain an assessment of the power mode and shape resizing and, as a result, to develop recommendations for the optimal configuration of the tool and more active implementation of these processes in the manufacturing.