DOI: https://doi.org/10.20998/2413-4295.2019.01.07

Моделювання витягування циліндричної деталі без притиску фланця заготовки з ізотропного та анізотропного металу

Ruslan Puzyr

Анотація


Розглядається питання витягування циліндричної деталі без притиску фланця плоскої заготовки у вигляді чисельного моделювання за допомогою програмного комплексу «Simullia Abaqus». При цьому моделюється ізотропний і анізотропний листовий метал з метою виявлення особливостей їх деформування і правомірності припущень в аналітичних моделях про ізотропність матеріалу. Показано, що розподіл напружень і деформацій для анізотропної та ізотропної заготовки носить ідентичний характер. Для проведення якісного аналізу процесів витягування досить обмежиться ізотропною моделлю металу. Це значно спростить одержувані аналітичні вирази і час для інтерпретації результатів. Для уточнення рішень необхідно в математичних моделях враховувати анізотропію листової заготовки, що дасть можливість виявити зони підвищеної міцності і пластичності заготовки, а також кількісно прогнозувати потоншення в небезпечному перерізі. Показано, що початкова анізотропія збільшує коефіцієнт жорсткості схеми напруженого стану. Це призводить до погіршення умов деформування і вичерпання ресурсу пластичності раніше, ніж для ізотропної заготовки. У той же час виникнення гофрів супроводжується переміщеннями і поворотами матеріальних точок спочатку плоскої заготовки, проте для анізотропної заготовки ці зсуви розвиваються швидше по ходу формоутворення, але руйнування заготовки може наступити пізніше через більшу міцність заготовки по товщині в порівнянні з міцністю в площині листа. Тривимірне моделювання дозволило дослідити розподіл нормальних напружень, що діють по товщині заготовки. На радіусах закруглення пуансона і дні заготовки діють стискаючі напруження, у фланці і стінках - розтягуючі. Встановлено, що збільшення міцності по товщині заготовки у вигляді збільшення модуля пружності першого роду дозволило зменшити деформацію анізотропної заготовки в небезпечному перерізі. Для збільшення ступеня деформації при витягуванні за один перехід необхідно вибирати метал з посиленими показниками міцності по товщині або проводити попередню підготовку листового металу перед формоутворенням. Це дасть можливість зменшити товщину заготовки без втрати міцності кінцевого виробу і, тим самим, знизити металоємність складальної одиниці.


Ключові слова


витягування; моделювання; пластична деформація; ізотропія; анізотропія; заготовка; напруження

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


Romanovsky, V. P. Spravochnik po kholodnoy shtampovke [Cold stamping guide]. L.: Mashinostroenie [Mechanical engineering], 1979, 520.

Shofman, L. A. Teoriya i raschety protsessov kholodnoy shtampovki [Theory and calculations of processes of the cold stamping]. Moscow: Mashinostroenie [Mechanical engineering], 1964, 375.

Kalyughniyi, V. L., Zaporozchenko, A. P., Pimanov, V. V. Іntensifіkacіya tekhnologіj vigotovlennya virobu «Balon 180×184» [Intensification of technologies of making of good is «Bulb 180х184»]. Obrabotka materialov davleniem: sbornik nauchnyh trudov [Treatment of materials pressure: collection of scientific labour]. Kramatorsk: DSMA, 2012, 2 (31), 136–140.

Yang, C., Li, P., Fan, L. Blank Shape Design for Sheet Metal Forming based on Geometrical Resemblance. Procedia Engineering, 2014, 81, 1487-1492, doi.org/10.1016/j.proeng.2014.10.178.

Altinbalik, T., Tonka, A. Numerical and experimental study of sheet thickness variation in deep drawing processes. International Journal of Modern Manufacturing Technologies, 2012, 2, 9 – 16.

Choi, M. K., Huh, H. Effect of Punch Speed on Amount of Springback in Ubending Process of Auto-body Steel Sheets. Procedia Eng, 2014, 81, 963–968, doi: 10.1016/j.proeng.2014.10.125.

Popov, E. A. Osnovy teorii listovoj shtampovki [Fundamentals of the theory of sheet stamping]. M.: Mashinostroenie [Mechanical engineering], 1977, 278.

Kaljuzhnij, O. V. Viznachennja maksimal'nogo zusillja deformuvannja ta potovshhennja flancja pri vitjaguvannі z diferencіjovanim radіal'nim pіdporom flancja [Determination of maximum force of deformation and thickening of the flange when drawing with differentiated radial support of the flange]. Obrabotka materialov davleniem: sbornik nauchnyh trudov [Treatment of materials pressure: collection of scientific labour]. Kramatorsk: DSMA, 2012, 1 (30), 38-44.

Wang G., Zhao, G., Xia, Sh., Luan, Y. Numerical and experimental study of new cold precision fording technique of spear gears. Trans. Nonferrous Metal Soc. China, 2003, 13, №14, 798-802.

Wang, X. Y., Ouyang, K., Xia, J. C. FEM analysis of drawing-thickening technology in stamping-forging hybrid process. Forging & Stamping Technology, 2009, 34(4), 73-78, doi: 10.3969/j.issn.1000-3940.2009.04.017.

Matjuk, V. F. Vlijanie tehnologii proizvodstva listovogo prokata nizkouglerodistyh kachestvennyh stalej na ih strukturnoe sostojanie i vzaimosvjaz' mezhdu mehanicheskimi i magnitnymi svojstvami (obzor) [The influence of the technology for the production of sheet metal of low-carbon high-quality steels on their structural state and the relationship between mechanical and magnetic properties (review)]. Nerazrushajushhij kontrol' i diagnostika [Non-Destructive Testing and Diagnostics], 2011, 1, 3 – 31.

Zharkov, V. A. Metodika razrabotki tekhnologicheskih processov vytyazhki s uchetom anizotropii listovyh materialov [Technique of the development of technological processes of extraction, taking into account the anisotropy of sheet materials]. Kuznechno-shtampovochnoe proizvodstvo [Forging production], 1991, 9, 12–15.

Yakovlev, S. S., Remnev, K. C. Skladkoobrazovanie pri vytyazhke osesimmetrichnyh detalej iz anizotropnogo materiala [Wrinkling of axisymmetric parts made by drawing of an anisotropic material]. Izv. vuzov. Mashinostroenie [Mechanical engineering], 2014, 9 (654), 39–47.

Dasappa, P., Inal, K., Mishra, R. The effects of anisotropic yield functions and their material parameters on prediction of forming limit diagrams. Int J Solids Struct, 2012, 49, 3528–3550, doi: 10.1016/j.ijsolstr. 2012.04.021.

Argat, R. G. Puzir, R. G., Vakulenko, R. A. Vpliv anіzotropії і zmіcnennja metalu na vtratu stіjkostі flancja pri vitjaguvannі cilіndrichnoї detalі bez skladkoutrimuvacha [Influence of anisotropy and hardening of metal on loss of flange stability during elongation of cylindrical part without folding holder]. Vіsnik Nacіonal'nogo tehnіchnogo unіversitetu «HPІ». Serіja: «Іnnovacіjnі tehnologії ta obladnannja obrobki materіalіv u mashinobuduvannі ta metalurgії» [Bulletin of the National Technical University "KPI". Series: "Innovative Technologies and Equipment for Materials Processing in Mechanical Engineering and Metallurgy"]. Kharkov: NTU «HPІ», 2018, 31 (1307), 3-7.

Cardosoa, R. P. R., Adetorob, O. B. A Generalisation of the Hill's quadratic yield function for planar plastic anisotropy to consider loading direction. International Journal of Mechanical Sciences, 2017, 128–129, 253–268, doi: 10.1016/j.ijmecsci.2017.04.024.

Golovlev, V. D. Raschety processov listovoj shtampovki [Calculations of the processes of sheet punching (Stability of the formation of sheet metal)]. M.: Mashinostroenie [Mechanical engineering], 1974, 136.

Sosenushkin, E. N., Yanovskaya, E. A., Sosenushkin, A. E., Emel'yanov, V. V. Mechanics of nonmonotonic plastic deformation. Russian Engineering Research, 2015, 35 (12), 902-906, doi: 10.3103/s1068798x15120199.

Argat, R. G. Puzyr', R. G., Dolgih, O. N. Raspredelenie naprjazhenij na vytjazhnom rebre matricy pri vytjazhke cilindricheskih zagotovok [Stress distribution on the exhaust edge of the matrix for tightening of cylindrical workpieces]. Vіsnik Nacіonal'nogo tehnіchnogo unіversitetu «HPІ». Serіja: «Іnnovacіjnі tehnologії ta obladnannja obrobki materіalіv u mashinobuduvannі ta metalurgії» [Bulletin of the National Technical University "KPI". Series: "Innovative Technologies and Equipment for Materials Processing in Mechanical Engineering and Metallurgy"]. Kharkov: NTU «HPІ», 2014, 43 (1086), 8-13.

Jurković, M., Mustafić, Е. Mathematical modeling of the torque driving electric motor production line to the profiling forming thin sheets. Proceedings Int. Scientific Conference on Production Engineering, 2013, 47–52.

Harpell, E., Worswickb, M., Finn, M., Jain, M., Martin, P. Numerical prediction of the limiting draw ratio for aluminum alloy sheet. Journal of Materials Processing Technology, 2000, 100, 131–141.

Movshovich, I. Ja., Puzyr, R. G. Raschet meridional''nyh naprjazhenij na pervoj operacii processa radial''no-rotacionnogo profilirovanija obod''ev koles [Calculation of meridional stresses on the first operation of the process of radial-rotary profiling of wheel rims]. Kuznechno-shtampovochnoe proizvodstvo. Obrabotka materialov davleniem [Forging and stamping production. Pressure treatment], 2013, 10, 3 – 7.

Savelov, D., Dragobetsky, V., Puzyr, R., Markevych, A. Peculiarities of vibrational press dynamics with hard-elastic restraints in the working regime of metal powders molding. Metallurgical and Mining Industry, 2015, 2, 67 – 75.

Pereira, M. P., Weiss, M., Rolfe, B. F., Hilditch, T. B. The effect of the die radius profile accuracy on wear in sheet metal stamping. Int J Mach Tools Manuf, 66, 44–53, doi: 10.1016/j.ijmachtools.2012.11.001

Laurent, H., Coër, J., Manach, P. Y. Experimental and numerical studies on the warm deep drawing of an Al-Mg alloy. Int J Mech Sci, 93, 59–72, doi: 10.1016/j.ijmecsci.2015.01.009.

Puzyr, R., Haikova, T., Majerník, J., Karkova, M., Kmec, J. Experimental Study of the Process of Radial Rotation Profiling of Wheel Rims Resulting in Formation and Technological Flattening of the Corrugations. Manufacturing Technology, 2018, 18 (1), 106–111, doi: 10.21062/ujep/61.2018/a/12132489/mt/18/1/106.

Yoon, J. W., Dick, R. E., Barlat, F. A new analytical theory for earing generated from anisotropic plasticity. Int J Plast, 2011, 27, 1165–1184. doi: 10.1016/j.ijplas.2011.01.002.

Puzyr, R. G., Trocko, O. V., Cherkashhenko, V. JU. Vlijanie geometricheskih parametrov cilindricheskoj zagotovki na naprjazhenno-deformirovannoe sostojanie pri razdache konicheskimi puansonami [The influence of the geometric parameters of the cylindrical workpiece on the stress-strain state during the distribution of conical punches]. Obrabotka materialov davleniem: sbornik nauchnyh trudov [Treatment of materials pressure: collection of scientific labour]. Kramatorsk: DSMA, 2012, 4 (33), 114-121.

Chandrasekharan, S., Palaniswamy, H., Jain, N. Evaluation of stamping lubricants at various temperature levels using the ironing test. Int J Mach Tools Manuf, 2005, 45, 379–388, doi: 10.1016/j.ijmachtools.2004.09.014.

Neto, D. M., Oliveira, M. C., Alves, J. L., Menezes, L. F. Influence of the plastic anisotropy modelling in the reverse deep drawing process simulation. Mater Des, 2014, 60, 368–379, doi: 10.1016/j.matdes.2014.04.008.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


  1. Романовский, В. П. Справочник по холодной штамповке / В. П. Романовский. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1979. – 520 с.
  2. Шофман, Л. А. Теория и расчеты процессов холодной штамповки / Л. А. Шофман. – М.: Машиностроение, 1964. – 375 с.
  3. Калюжний, В. Л. Інтенсифікація технологій виготовлення виробу «Балон 180×184» / В. Л. Калюжний, А. С. Запорожченко, В. В. Піманов // Обработка материалов давлением: сборник научных трудов. – Краматорск: ДГМА, 2012. – № 2 (31). – С. 136–140.
  4. Yang, C. Blank Shape Design for Sheet Metal Forming based on Geometrical Resemblance / C. Yang, P. Li, L. Fan // Procedia Engineering. – 2014. – 81. – P. 1487-1492. – doi: 10.1016/j.proeng.2014.10.178.
  5. Altinbalik, T. Numerical and experimental study of sheet thickness variation in deep drawing processes / T. Altinbalik, A. Tonka // International Journal of Modern Manufacturing Technologies. – 2012. – IV № 2. – P. 9 – 16.
  6. Choi, M. K. Effect of Punch Speed on Amount of Springback in Ubending Process of Auto-body Steel Sheets / M. K. Choi, H. Huh // Procedia Eng. – 2014. – 81. – P. 963–968. – doi: 10.1016/j.proeng.2014.10.125.
  7. Попов, Е. А. Основы теории листовой штамповки / Е. А. Попов. – М.: Машиностроение, 1977. – 278 с.
  8. Калюжний, О. В. Визначення максимального зусилля деформування та потовщення фланця при витягуванні з диференційованим радіальним підпором фланця / О. В. Калюжний // Обработка материалов давлением: сборник научных трудов. – Краматорск: ДГМА, 2012. – № 1 (30). – С. 38-44.
  9. Wang, G. Numerical and experimental study of new cold precision fording technique of spear gears / G. Wang, G. Zhao, Sh. Xia, Y. Luan // Trans. Nonferrous Metal Soc. China. – 2003. – 13, №14. – P. 798-802.
  10. Wang, X. Y. FEM analysis of drawing-thickening technology in stamping-forging hybrid process / X. Y. Wang, K. Ouyang, J. C. Xia // Forging & Stamping Technology. – 2009. – 34(4). – P. 73-78. – doi: 10.3969/j.issn.1000-3940.2009.04.017.
  11. Матюк, В. Ф. Влияние технологии производства листового проката низкоуглеродистых качественных сталей на их структурное состояние и взаимосвязь между механическими и магнитными свойствами (обзор) / В. Ф. Матюк // Неразрушающий контроль и диагностика.– 2011. – № 1. – С. 3 – 31.
  12. Жарков, В. А. Методика разработки технологических процессов вытяжки с учетом анизотропии листовых материалов / В. А. Жарков // Кузнечно-штамповочное производство. – 1991. – № 9. – С. 12–15.
  13. Яковлев, С. С. Складкообразование при вытяжке осесимметричных деталей из анизотропного материала // C. C. Яковлев, К. С. Ремнев // Изв. вузов. Машиностроение. – 2014. – № 9 (654). – С. 39–47.
  14. Dasappa, P. The effects of anisotropic yield functions and their material parameters on prediction of forming limit diagrams / P. Dasappa, K. Inal, R. Mishra // Int J Solids Struct. – 2012. – 49. – P. 3528–3550. – doi: 10.1016/j.ijsolstr. 2012.04.021.
  15. Аргат, Р. Г. Вплив анізотропії і зміцнення металу на втрату стійкості фланця при витягуванні циліндричної деталі без складкоутримувача / Р. Г. Аргат, Р. Г. Пузир, Р. А. Вакуленко // Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: «Інноваційні технології та обладнання обробки матеріалів у машинобудуванні та металургії». – Харків: НТУ «ХПІ». – 2018. - №31 (1307). – С. 3–7.
  16. Cardosoa, R. P. R. A Generalisation of the Hill's quadratic yield function for planar plastic anisotropy to consider loading direction / R. P. R. Cardosoa, O. B. Adetorob // International Journal of Mechanical Sciences. – 2017. – 128–129. – Р. 253–268. – doi: 10.1016/j.ijmecsci. 2017.04.024.
  17. Головлев, В. Д. Расчеты процессов листовой штамповки / В. Д. Головлев. – М: Машиностроение, 1974. – 136 с.
  18. Sosenushkin, E. N. Mechanics of nonmonotonic plastic deformation / E. N. Sosenushkin, E. A. Yanovskaya, A. E. Sosenushkin, V. V. Emel'yanov // Russian Engineering Research. – 2015. – Т. 35 (№12). – P. 902 -906. – doi: 10.3103/s1068798x15120199.
  19. Аргат, Р. Г. Распределение напряжений на вытяжном ребре матрицы привытяжке цилиндрических заготовок / Р. Г. Аргат, Р. Г. Пузырь, О. Н. Долгих // Вестник Нац. техн. ун-та "ХПИ" : сб. науч. тр. Темат. вып. : Инновационные технологии и оборудование обработки материалов в машиностроении и металлургии. – Харьков : НТУ "ХПИ". – 2014. – № 43 (1086). – С. 8-13.
  20. Jurković, M. Mathematical modeling of the torque driving electric motor production line to the profiling forming thin sheets. Proceedings Int / М. Jurković, Е. Mustafić // Scientific Conference on Production Engineering. – Budva. – 2013. – Р. 47–52.
  21. Harpell, E. Numerical prediction of the limiting draw ratio for aluminum alloy sheet / E. Harpell, M. Worswickb, M. Finn, M. Jain, P. Martin // Journal of Materials Processing Technology. – 2000. – 100. P. 131–141.
  22. Мовшович, И. Я. Расчет меридиональных напряжений на первой операции процесса радиально-ротационного профилирования ободьев колес / И. Я. Мовшович, Р. Г. Пузырь // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. – 2013. - № 10 – С. 3 – 7.
  23. Savelov, D. Peculiarities of vibrational press dynamics with hard-elastic restraints in the working regime of metal powders molding / D. Savelov, V. Dragobetsky, R. Puzyr, A. Markevych // Metallurgical and Mining Industry. – 2015. – Т. 2. – Р. 67 – 75.
  24. Pereira, M. P, Weiss M, Rolfe BF, Hilditch TB (2013) The effect of the die radius profile accuracy on wear in sheet metal stamping / M .P. Pereira, M. Weiss, B. F. Rolfe, T. B. Hilditch // Int J Mach Tools Manuf. – 66. – P. 44–53. – doi: 10.1016/j.ijmachtools.2012.11.001.
  25. Laurent, H, Coër J, Manach PY, et al (2015) Experimental and numerical studies on the warm deep drawing of an Al-Mg alloy / H. Laurent, J. Coër, P. Y. Manach // Int J Mech Sci. – 93. – P. 59–72. – doi: 10.1016/j.ijmecsci.2015.01.009.
  26. Puzyr, R. Experimental Study of the Process of Radial Rotation Profiling of Wheel Rims Resulting in Formation and Technological Flattening of the Corrugations / R. Puzyr, T. Haikova, J. Majerník, M. Karkova, J. Kmec // Manufacturing Technology. – 2018. – 18 (1). – P. 106–111. – doi:10.21062/ujep/61.2018/a/1213-2489/mt/18/1/106. 
  27. Yoon, J. W. A new analytical theory for earing generated from anisotropic plasticity / J. W. Yoon, R. E. Dick, F. Barlat // Int J Plast. – 2011. – 27. – P. 1165–1184. – doi: 10.1016/j.ijplas.2011.01.002/.
  28. Пузырь, Р. Г. Влияние геометрических параметров цилиндрической заготовки на напряженно-деформированное состояние при раздаче коническими пуансонами / Р. Г. Пузырь, О. В. Троцко, В. Ю. Черкащенко // Обработка материалов давлением: сборник научных трудов. – Краматорск: ДГМА, 2012. – № 4 (33). – С. 114-121.
  29. Chandrasekharan, S. Evaluation of stamping lubricants at various temperature levels using the ironing test / S. Chandrasekharan, H. Palaniswamy, N. Jain // Int J Mach Tools Manuf. – 45. – P. 379–388. – doi: 10.1016/j.ijmachtools.2004.09.014.
  30. Neto, D. M. Influence of the plastic anisotropy modelling in the reverse deep drawing process simulation / D. M. Neto, M. C. Oliveira, L. Alves, L. F. Menezes // Mater Des. – 60. – P. 368–379. – doi: 10.1016/j.matdes.2014.04.008.